基于细观力学有限元法的复合材料有效模量的研究和数值模拟(3)

基于大型有限元软件ANSYS建立单向纤维增强复合材料的代表性体积单元的仿真模型,将纤维和基体作为两种不同的材料建模。通过施加适当的边界约束条件和载荷,计算有效弹性模量。计算结果与部分实验和理论结果具有较好的一致性,表明所采用的方法能够较好地计算复合材料的宏观有

3.2 施加载荷和边界条件

求解类型选择Static，分别选择x＝-1，

y=-1，和z=0的平面施加对应的轴向位移约束边

界条件，z=10的平面上施加均匀位移载荷，求纤维方向的轴向弹性模量。

3.3 输出结果

求解，输出应力场和应变场，经计算得到如表1ANSYS计算值所示结果。将上述材料常数和纤维体积百分比带入（1）式得到的结果如表1所示预测值。

由表中可见EL的有限元法计算值和弹性力学精确解的预测值非常接近，并且与实验值符合较好。

表1 硼/环氧复合材料纤维方向的有效弹性模量(102GPa)

Tab.1the effective elastic modulus of B/ECH composites along fibers cf/% 实验值 理论预测值 模拟预测值

4. 分析与总结

纤维对基体的制约是通过界面产生的，因此界面的性质，诸如缺陷、残余应力、渗透性、浸润性等等都会影响到纤维对基体的制约。另外，纤维的几何形状、几何分布的不均匀性各向异性，基体的流变性，老化等等会影响复合材料的弹性性质。然而要顾及所有的因素则难以建立适当的模型，因此，只能建立理想化的简化模型。

虽然有限元分析方法能求解复合材料的应力场与应变场，但是计算量与纤维数量之间是指数函数的关系，导致现有的计算机硬件资源难以处理纤维数量较多的问题。本文利用纤维增强复合材料的力学性质具有周期性，通过分析RVE的力学行为来研究该类材料的力学性质的方法具有一定的可行性。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库基于细观力学有限元法的复合材料有效模量的研究和数值模拟(3)在线全文阅读。