實驗與數(shù)值混合法測量復合材料內聚力牽引-分離曲線.pdf

1、隨機短植物纖維增強復合材料是環(huán)保、質輕、力學性能優(yōu)良的綠色復合材料，在航空次結構件和汽車內飾結構制造等領域應用廣、用量大，是替代人造纖維增強復合材料的首選材料。除拉伸力學性能外，隨機短植物纖維增強復合材料的斷裂力學性能也是其結構設計的關鍵。內聚力模型能夠較好地表征該類材料宏觀斷裂過程區(qū)的纖維橋聯(lián)、損傷和裂紋擴展等力學行為。在復合材料的理論研究和數(shù)值分析中，內聚力模型的應用越來越廣泛。目前，材料內聚力模型參數(shù)的實驗測量還沒有一個公認的、成

2、熟的方法或標準，因此，內聚力牽引-分離曲線的實驗測量方法是當前復合材料斷裂力學研究的重要課題之一。
　　本文在綜述目前內聚力模型參數(shù)測定的三類方法基礎上，提出了一種實驗測量與數(shù)值輔助場反解相結合的材料內聚力牽引-分離曲線測量方法。
　　首先，在短纖維復合材料緊湊拉伸斷裂力學實驗基礎上，用數(shù)字圖像相關方法測量試件裂紋尖端的內聚力區(qū)分離量和全場位移。然后，利用有限元平面應力位移模式將實驗測量的裂紋尖端移場離散化成節(jié)點形式，作為測

3、量場。構造相應的數(shù)值輔助場，兩場的應變和應力通過有限元方法分別計算得到。最后，利用測量場與數(shù)值輔助場的交互J積分路徑無關性質，采用區(qū)域積分法計算遠場交互J積分，建立反解內聚力區(qū)牽引力方程組。本文工作中，用 Python語言編寫上述算法的程序，實現(xiàn) DIC實驗結果、交互 J積分計算與輔助場有限元反解分析的混合計算，進而得到內聚力牽引-分離曲線。用兩種內聚力模型的數(shù)值實驗驗證了本文方法的有效性，并對反解過程中積分路徑、網格密度等因素對混合法