基于内聚力模型的形状记忆合金短纤维增强树脂基复合材料的模拟分析.pdf

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1、复舍材料学报第29卷第5期1O月2012年叻彻船S肋V0I_29NO．50ctober2O12文章编号：1000—3851(2012)05—0236—08基于内聚力模型的形状记忆合金短纤维增强树脂基复合材料的模拟分析王振清，雷红帅，周博，付际，王晓强(哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院，哈尔滨150001)摘要：通过单纤维拔出实验和单轴拉伸实验，测定了形状记忆合金(SMA)增强树脂基复合材料的界面脱粘剪切强度和单向随机分布SMA短纤维增强复合材料的拉伸强度。根据蒙特卡罗法和边界条件控制方程，编写了适于软

2、件调用的单向随机分布短纤维增强复合材料的APDL语言生成程序，建立数值模拟模型。基于指数型内聚力模型，对SMA纤维与环氧树脂基体界面分离(即界面脱粘)过程进行了有限元模拟。结果表明：相同纤维体积分数下，随着纤维长细比的减小，复合材料整体弹性模量逐渐降低；温度驱使SMA纤维弹性模量发生变化，可以有效提高复合材料整体弹性模量。关键词：SMA复合材料；界面；内聚力模型；界面脱粘；数值模拟中图分类号：TB330．1文献标志码：ASimulationandanalysisonshort—cutshapememo

3、ryalloyreinforcedepoxycompositebasedoncohesivezonemodelWANGZhenqing，LEIHongshuai，ZHOUBo，FUJi，WANGXiaoqiang(CollegeofAerospaceandCivilEngineering，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China)Abstract：Theinterfacialdebondingshearstrengthandultimatestren

4、gthofshort—CUtshapememoryalloy(SMA)reinforcedepoxycompositesweredeterminedbasedonSMAsinglefiberpull—outtestanduniaxialtensiletest，respectively．Analgorithmfortheautomaticgenerationofunidirectionalrandomdistributionshort—cutSMAfiber／epoxycompositeswasdeve

5、loped，usingMonte—Carlomethodandboundaryconditioncontrolequationviaalgorithmicprocessordescriptionlanguage(APDL)．TheinterracialdebondingprocessbetweenSMAfibersandepoxymatrixwassimulatedbymeansofexponentialcohesivezonemode1(CZM)．Theresultsindicatethatthem

6、acroscopicelasticmodulusgraduallyreducewiththedecreaseoffiberslendevnessratioandtheoverallelasticmodulusofcompositeareenhancedowingtOthedrivingofSMAfiber，underthesamefibervolume．Keywords：SMAcomposite；interphase；cohesivezonemodel(CZM)；interracialdebondin

7、g；simulation随着新制造技术和工艺的发展，形状记忆合金限于各组成相微观尺度的不均匀性。因此，为进一(sMA)复合材料已成为工程领域广泛应用的传统步有效设计和生产SMA复合材料，需要对其力学结构材料的替代品。智能复合材料或智能结构设计特性进行深入的研究。过程中，SMA通常以纤维、颗粒、薄膜、丝或带等目前，一些学者进行了sMA复合材料刚度、形式嵌入某种基体材料，如聚合物、金属和陶瓷材振动和低速冲击性能等方面的实验研究，发现含预料，通过温度驱动马氏体相变和逆相变达到控制复应变的短纤维在回复过程中，

8、产生的界面应力可以合材料形状、阻尼、振动等力学特性的目的。拓展改善复合材料的拉伸、弯曲、断裂韧性等性能。形状记忆合金复合材料在工程领域的应用，需要能Murasawa_1通过单轴拉伸试验，研究了SMA长纤够准确预测非均匀材料的宏观力学行为，但这又受维和短纤维复合材料的断裂行为和预应变热变形行收到初稿日期：201卜O9—26；收到修改稿日期：2012—01—18；网络出版时间：2012—07—1110：16：09网络出版地址：www．cnki．net／kcm