基于扩展有限单元法的短纤维/橡胶复合材料裂纹扩展分析

作     者：林晓珊 杨晓翔 高剑虹 Xiaoshan Lin;Xiaoxiang Yang;Jianhong Gao

作者机构：福州大学石油化工学院福州350108 福州大学机械工程及自动化学院福州350108 泉州师范学院化工与材料学院泉州362000 

出 版 物：《固体力学学报》 (Chinese Journal of Solid Mechanics)

年 卷 期：2022年第43卷第1期

页      面：81-94页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 080102[工学-固体力学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(11972005)资助。 

主　　题：短纤维 橡胶 复合材料 扩展有限元 裂纹 

摘      要：为了研究短纤维/橡胶复合材料裂纹在拉伸载荷作用下的扩展演化规律,应用扩展有限元法对预制裂纹的短纤维/橡胶复合材料的裂纹扩展进行了数值模拟.采用随机顺序吸附算法在ABAQUS软件中生成短纤维分布模型,分析了失效准则参数(最大许用主应力和裂纹表面能)、短纤维细观参数(体积含量、长度和取向角)对裂纹扩展行为的影响规律,探究了短纤维的增韧机理,数值结果与试验结果吻合.研究结果表明:降低基体材料的损伤阈值可以实现裂纹的扩展,而不改变裂纹扩展特征;短纤维增强相的存在会改变裂纹的扩展方向,使裂纹的扩展路径呈现复杂性从而提高材料抗撕裂性能;裂纹扩展路径曲折度随短纤维含量、长度和取向角的增加而增大,试样拉断时所需要消耗的功增大,抗撕裂性提高.