纤维束增强复合材料的横向弹塑性性能研究

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1、复合材料学报第"-卷第"期)月)###年6Y46

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3、!~"p46U"pJpY6#Z[1"-JZ1"$Rn^XW^d)###文章编号!"###$%&’"()###*#"$#"))$#+纤维束增强复合材料的横向弹塑性性能研究杨庆生郑代华(北方交通大学土建学院0北京"###++*摘要!利用细观力学模型和有限元法研究纤维束复合材料的横向弹塑性力学性能2假设弹性的纤维束均匀地分布于幂硬化弹塑性基体材料中0并假设纤维束内的纤维接触是光滑的2通过与单丝纤维复合材料的相应结果比较0研究了纤维成束对复合材

4、料宏观弹塑性性能的影响2通过对硼3铝复合材料的数值研究表明!纤维的成束对复合材料的横向弹性刚度影响很小0而对复合材料的塑性变形和切线刚度有显著的影响2关键词!纤维束.复合材料.弹塑性.接触效应中图分类号!45%%文献标识码!6789:;<=8>?=7@A>7AAB?788DA7G9=:BA>AD=F<>EA:E

5、Z^aQR^NbMWZaZNOcNM]R^PMad05RMeMNO"###++0YQMNW*?fghijkh!4QRa^WNP]R^PRR[WPaZ$l[WPaM‘mR‘QWNM‘W[l^ZlR^aMRPZ\MnR^nXN_[R^RMNZ^‘R_‘ZmlZPMaRPoR^RPaX_MR_ndXPMNOaQRmM‘^Z$mR‘QWNM‘W[mZ_R[WN_MNMaRR[RmRNamRaQZ_1paMPWPPXmR_aQWaaQRR$[WPaM‘MnR^nXN_[RMPR]RN[d_MPa^MnXaR

6、_MNaQRR[WPaZl[WPaM‘lZoR^[Wo$QW^_RNMNOmWa^MqWN_aQR‘ZNaW‘anRaoRRNMnR^PMNaQRMnR^nXN_[RMPPmZZaQ14QRR\R‘aZ\MnR^nXN_[MNOZNaQRZ]R^W[[R[WPaZ$l[WPaM‘l^ZlR^aMRPZ‘ZmlZPMaRmWaR^MW[oWPMN]RPaMOWaR_nd‘ZmlW^MNOaQR^RPX[aPZ\MnR^nXN_[R‘ZmlZPMaRPoMaQaQWaZaQRPMNO[RMnR

7、^‘ZmlZPMaRP14QRNXmR^M‘W[^RPX[aPZ^aQR5Z^ZN36[XmMNXm‘ZmlZPMaRPQZoaQWaaQRa^WNP]R^Pl[WPaM‘_RZ^mWaMZNWN_aWNORNaPaM\NRPPW^R‘ZNPM_R^Wn[dMN[XRN‘R_ndaQRMnR^nXN_[MNO1rQM[RaQRR[WPaM‘l^ZlR^aMRPZ‘ZmlZPMaRPW^RmM‘^ZPa^X‘aX^R$MNPRNPMaM]R1stuvwixg!MnR^nXN_[R.‘ZmlZP

8、MaRmWaR^MW[P.R[WPaZ$l[WPaM‘.‘ZNaW‘aR\R‘aP纤维束复合材料的主要力学特征就是纤维的接损伤模式0而对有效热膨胀系数没有影响2文献y%z触效应2首先纤维互相接触而产生相互作用0这种相和文献y+z分别研究了短纤维和连续纤维复合材料互作用对宏观性能有不同程度的影响2其次若干根的几种典型纤维不均匀分布对复合材料有效扬氏模纤维互相接触在一起0增大了纤维的有效半径0这有量和弹塑性细观应力场的影响0但这些工作尚未考利于提高纤维桥联基体裂纹的屏蔽作用0增加复合虑到纤维的接触效应2材料

9、的断裂阻力和韧度2另外0纤维的成束改变了纤本文中主要研究纤维互相接触后的力学性质0维$基体的界面结构0能够显著地影响裂纹的扩展方并通过与纤维均匀分布模型的结果对照研究其影向和破坏模式y"z响2提出几种纤维束典型分布的力学模型0利用有限2近几年来0越来越多的研究者认识到这种细观元法数值预测复合材料的横向弹塑性应力$应变曲结构的几何缺陷对复合材料宏观性能影响的重要线0并进行结果比较2性0并致力于寻求与实际材料尽量相近的细观力学模型2文献y)z的研究结果表明纤维分布的不均匀性{细观力学模型显著地影响热残余应力的

10、局部分布0因而影响初始这里主要研究有代表性的%种简单情况0即单收稿日期!",,&$#-$#&.收修改稿日期!",,&$")$"’基金项目!国家自然科学基金资助项目作者介绍!杨庆生(",/)*0男0博士0副教授0研究方向为复合材料细观力学1杨庆生$等A纤维束增强复合材料的横向弹塑性性能研究j()"j纤维!"根束和#根束复合材料$假设纤维%束&在基假设纤维为线性弹性材料$其应力5应变关系由体材料中均匀分布并呈正方形周期排列’与单纤