多尺度方法预测复合材料层板裂纹扩展  被引量:5

Predicting the crack extension of composites based on the multi-scale method

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作  者:储辰辰 蔡恒 乔晓军[2] 叶俊杰[1] CHU Chenchen;CAI Heng;QIAO Xiaojun;YE Junjie(Research Center for Applied Mechanics,Xidian Univ.,Xi5an 710071,China;Taiyuan Heavy Industry Co.Ltd.Technology Center,Taiyuan 030024,China)

机构地区:[1]西安电子科技大学应用力学研究中心,陕西西安710071 [2]太原重工股份有限公司技术中心,山西太原030024

出  处:《西安电子科技大学学报》2018年第3期45-51,共7页Journal of Xidian University

基  金:国家自然科学基金资助项目(51675397;51305320)

摘  要:为了研究复合材料层板在细观和宏观尺度上的损伤分布,文中基于高精度通用单胞细观力学模型,发展了一种多尺度分析方法.该方法只需纤维和基体的材料属性、强度参数及纤维体积含量,而无需复合材料层合板的弹性参数和强度参数.文中使用该方法分析了复合材料结构的宏细观上的应力应变场;结合多尺度损伤模型,研究了复合材料的细观损伤以及宏观的裂纹扩展;通过二次开发ANSYS/LS-DYNA软件,文中将高精度通用单胞细观力学模型编译到用户自定义材料子程序中;使用这种方法分析了开孔层板轴向拉伸条件下的各个分层的应力分布、组分失效模式和裂纹扩展.并将计算结果与实验结果对比,结果表明:数值模拟随时间变化的应力曲线与实验所得的曲线能较好的吻合;预测的裂纹扩展与实验结果比较吻合.In order to investigate the failure distribution of composites on micro and macro scales, thispaper proposes a multi-scale method based on the High-Fidelity Generalized Method of Cells (HFGMC ),which is applied to acquire strains and stresses on the macro scale, as well as on the micro scale. Combinedwith the multi-scale damage model, the component damages and crack extension are studied. The micromechanics model requires fiber/matrix properties, strength parameters and the fiber volume rather than theproperties and strengths of composites. The structural module requires further development forimplementation of HFGMC into FE software ANSYS-LSDYNA via the user defined material subroutines (UMAT ), which is used to analyze the stress distribution, components damage, and crack extension oflaminates under the axial tensile condition. The calculated results are compared with the experimentalresults. T'he resutt indicates that the numerical load-stress curves agree with the experimental curves verywell and that the predicted crack extension coincides with the experimental results.

关 键 词:复合材料 高精度通用单胞模型 多尺度损伤 裂纹扩展 

分 类 号:V258[一般工业技术—材料科学与工程]

 

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