纖維微結(jié)構(gòu)及界面對(duì)植物短纖維復(fù)合材料拉伸行為的影響.pdf

1、隨機(jī)植物短纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料（如短云杉/PP和劍麻/PP）質(zhì)輕、斷裂韌性高、環(huán)保、可循環(huán)使用，是新型綠色環(huán)保結(jié)構(gòu)材料，日益廣泛地應(yīng)用于汽車、高速列車和民用飛機(jī)的內(nèi)承力構(gòu)件。研究其纖維微結(jié)構(gòu)和纖維基體界面性能對(duì)復(fù)合材料宏觀有效性能的影響，對(duì)該材料及其結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的理論和工程應(yīng)用意義。
　　采用均勻化方法，研究了材料尺度對(duì)隨機(jī)短纖維復(fù)合材料宏觀有效彈性性能的影響。建立三維隨機(jī)短纖維復(fù)合材料變尺度代表體有限元模型，考慮不

2、同纖維體積含量、纖維長(zhǎng)細(xì)比，以及短纖維位置、取向和材料各向異性主方向的隨機(jī)性影響。用自編的有限元前后處理程序，對(duì)代表體模型施加9種周期性邊界條件，計(jì)算了材料正交各向異性有效彈性模量。結(jié)果表明，在細(xì)觀纖維尺度，隨機(jī)短纖維復(fù)合材料有效性能呈現(xiàn)為隨機(jī)各向異性；隨尺度增加，其有效性能逐漸趨于宏觀各向同性。
　　采用內(nèi)聚區(qū)模型（Cohesive Zone Model，CZM），表征短植物纖維和基體界面的力學(xué)行為，研究界面性能對(duì)隨機(jī)短纖維增強(qiáng)

3、復(fù)合材料宏觀拉伸性能的影響。建立了含界面相二維隨機(jī)短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料代表體單元有限元模型，用自編的有限元前后處理程序，嵌入cohesive界面單元，考慮界面剛度，初始破壞位移和完全破壞位移等參數(shù)影響，同時(shí)考慮不同纖維體積含量、纖維長(zhǎng)細(xì)比、尺寸，以及短纖維位置、取向和材料各向異性主方向的隨機(jī)性影響。模擬了不同纖維含量復(fù)合材料的實(shí)驗(yàn)拉伸曲線，進(jìn)而確定CZM模型的界面參數(shù)，結(jié)果表明，界面剛度影響復(fù)合材料有效彈性模量。用多個(gè)數(shù)值試件的拉伸實(shí)驗(yàn)，