短纤维层间增韧的三维有限元分析

张凤鹏¹，高相胜²

(1.东北大学理学院,沈阳,110004;
2.北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京,100191)

摘要:层间短纤维强韧化是复合材料层合板层问增韧的有效途径之一. 采用三维非线性有限元方法分析了层间短纤维强韧化复合材料层合板的分层扩展问题, 探讨其影响因素. 以混合模式下通用裂纹扩展的能量准则作为分层扩展判据, 通过虚拟裂纹闭合技术计算分层尖端能量释放率. 用节点双编号和单元生死技术模拟分层扩展. 采用弹簧单元模拟层间短纤维作用, 通过改变弹簧刚度修正短纤维桥联力. 采用GAP元处理分层区的接触非线性问题. 分析了分层区桥联力对层间应力场、位移场以及分层扩展的影响. 研究结果表明, 层间短纤维有效延缓了分层扩展, 增韧效果明显.

关键词:复合材料; 层合板; 层间短纤维; 增韧; 能量释放率; 分层扩展; composite; laminates; interlaminar short fiber; toughening; energy release rate; delamination growth;

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