碳纤维织物复合材料裂纹扩展特性的介观尺度有限元分析

作     者：王汜辛 闫永杰 倪庆清 

作者机构：浙江理工大学材料科学与工程学院 

出 版 物：《现代纺织技术》 (Advanced Textile Technology)

年 卷 期：2024年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070104[理学-应用数学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0701[理学-数学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52073259) 

主　　题：平纹织物复合材料 铺层复合材料 织物结构 裂纹扩展 有限元分析 

摘      要：为了探寻织物结构复合材料面内裂纹扩展抵抗机理，真实地反应出碳纤维织物复合材料裂纹扩展特性，文章建立了含有铺层结构与平纹结构碳纤维复合材料介观尺度模型，使用了有限元分析与实验结合的方法，进行了复合材料面内裂纹扩展行为分析。结果表明：平纹结构裂纹扩展能量密度为1.69 J/mm3，0°/90°铺层复合材料裂纹扩展能量密度为1.47 J/mm3，平纹结构复合材料的裂纹扩展抵抗能力相比0°/90°铺层提升约15%，平纹结构及0°/90°铺层复合材料的应力集中系数分别为7.6和12.1。文章通过有限元分析与非接触式全场应变测量实验结果对比，证实了有限元分析裂纹扩展与实验裂纹扩展的趋势一致。另外，文章还明确了经纬纱承载的应力分布及经纬纱交叉处载荷传递机理，并发现织物一体结构具备更好的裂纹扩展抵抗力。文章可为纺织复合材料裂纹扩展有限元分析及其裂纹扩展性能与寿命预测提供参考。