含界面相的单向纤维增强复合材料三维应力场的二重双尺度方法

杜善义¹，唐绍锋¹，梁军¹

(1.哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所,哈尔滨,150080)

摘要:提出了计算含界面相的单向纤维增强复合材料三维应力的二重双尺度方法.在性能预报方面,首先对界面相和纤维进行均匀化得到均匀化夹杂,然后对均匀化夹杂和基体进行均匀化得到宏观均匀材料;在应力场描述方面,从宏观均匀场出发,利用双尺度渐近展开技术经过两次应力场传递,依次得到单胞和应力集中区域的应力场.与有限元方法相结合,计算了宏观轴向均匀拉伸载荷条件下含界面相的单向纤维增强复合材料的三维应力场分布.数值结果表明在此载荷条件下最大应力发生在每根纤维的中截面内,靠近纤维与界面相的交界处.讨论了界面相件能对应力场分布的影响,结果显示纤维、界面相与基体力学性能的等差过渡有利于缓解纤维在界面附近的应力集中.

关键词:二重双尺度方法; 三维应力场; 界面相; 单向纤维增强复合材料; 宏观性能; 有限元方法; dual two- scale method; 3D stress fields; interphase; unidirectional- fibre reinforced composites; macroscopic properties; finite element method (FEM);

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