纖維增強聚合物復合材料力學性能的預測研究.pdf

1、纖維增強聚合物基復合材料以質(zhì)量輕、比強度高、比模量高、等優(yōu)點,已獲得了廣泛的應用,對纖維增強聚合物制品的力學性能的計算,一般采用層合板理論。對于短纖維增強聚合物基復合材料的力學性預測,只要滿足纖維單一取向的條件,多采用Tandon-Weng理論模型。在實際的注塑制品中,雖然可以采用增加流道等工藝使纖維取向趨向一致,但影響有限,即使對于簡單的試件,我們也很難使纖維有單一的取向,因此Tandon-Weng模型的準確性難以通過實驗進行驗證和修

2、正。而對于復雜真實的制件,基于Tandon-Weng模型的復合材料力學能的計算的準確性則更加難以預測。對于Tandon-Weng模型的準確性的驗證多采用有限元法。本文也將采用有限元法借助大型通用有限元分析軟件Ansys程序在三維情況下對Tandon-Weng模型的結(jié)算結(jié)果進行初步驗證。
　　 本論文首先按照Tandon-Weng模型的計算方法編寫計算程序?qū)秃喜牧狭W性能進行預測計算;其次利用Ansys軟件建立單一夾雜的三維有限

3、元模型,進行網(wǎng)格劃分,根據(jù)不同的材料指定單元的材料屬性,添加約束條件并進行拉伸模擬,然后運用廣義的胡克定律解出復合材料的宏觀力學性能。最后,在不同的纖維體積含量、排列方式和不同長徑比等條件下,以有限元數(shù)值模擬計算結(jié)果為準驗證Tandon-Weng模型預測結(jié)果的準確性。其結(jié)論為:Tandon-Weng理論模型對于單一取向的短纖維增強復合材料力學性能的預測存在著一定的局限性,并不能適用于所有情況。Tandon-Weng理論模型在預測顆粒增強

4、復合材料方面,在增強顆粒體積含量較低時預測比較準確,若增強顆粒體積含量較高,其預測的復合材料有效彈性模量偏小,泊松比偏大,而且隨著體積含量的增加,誤差也增大;在注塑短纖維增強復合材料方面,在增強纖維體積含量,纖維長徑比都確定的情況下,Tandon-Weng模型適用于預測增強纖維按某一特定的周期性均勻排布的情況,若纖維的排列方式改變,則其模型不能給出較為準確的預測結(jié)果?？紤]到短纖維在注塑制品中分布的隨機性,Tandon-Weng模型還不能