热残余应力对考虑微观孔隙碳纤维增强环氧树脂复合材料横向拉伸性能的影响

来源期刊：复合材料学报2019年第5期

论文作者：王猛 郭飞 于静巍 张培伟 费庆国

文章页码：1101 - 1113

关键词：孔隙;热残余应力;复合材料;代表性体积单元;横向拉伸强度;

摘    要：为研究由于材料固化产生的热残余应力对碳纤维增强环氧树脂复合材料横向拉伸性能预测结果的影响,发展了一种基于摄动算法的纤维和孔洞随机分布代表性体积单元(RVE)生成方法,建立更加接近真实材料微观结构的RVE模型。通过施加周期性边界条件,并赋予组分(纤维、基体和界面)材料本构关系,进而实现温度和机械荷载下模型的热残余应力和损伤失效分析。从结果中发现,材料固化过程会在纤维之间产生残余压应力,在模型孔隙周围产生沿加载方向的残余拉应力。所建立不含孔隙RVE模型的失效均是由于界面脱黏引起,材料固化在纤维之间产生的残余压应力会增加模型的预测强度。含有孔隙的RVE模型失效起始于孔隙周围的基体中,而材料固化在模型孔隙周围产生的热残余拉应力对含孔隙RVE模型预测的失效强度有降低作用。对于具有不同孔隙尺寸的RVE模型,模型的失效强度随着孔隙尺寸的增加而不断降低,但是热残余应力减弱了孔隙尺寸对模型预测结果的降低作用。对于具有不同长宽比椭圆形孔隙的RVE模型,热残余应力增加了孔隙长宽比对模型强度的降低作用。