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晶须排列方式对复合材料力学性能的影响
学兔兔
第6期 (总第157期) 机 械 工 程 与 自 动 化 No.6
2009年 12月 MECHANICAL ENGINEERING AUT0MAT10N Dec.
文章编号:1672—6413(2009)06—0100—03
晶须排列方式对复合材料力学性能的影响
王连生,王爱玲,朱丽梅,刘永姜
(中北大学 机械7-程与自动化学院,山西 太原 030051)
摘要:应用二维平面模型和有限元分析方法研究了晶须在不同取向角单向排列和随机排列时对晶须增强树脂
基复合材料应力应变和弹性性能的影响。结果表明;在晶须体积分数和外加应力相同的条件下,取向角 的变
化对应力应变集中系数有较大影响;晶须随机排列时,应力集中系数远大于单向排列时的应力集中系数,而应
变集中系数同 一30。时的系数接近;复合材料弹性模量随晶须取向角的增加而减小,当晶须取向角 45。时,
弹性模量受晶须取向角的影响较小,晶须随机排列时的弹性模量值介于 一30。和 一45。的弹性模量值之间。
关键词:复合材料;晶须取向角;有限元法;力学性能
中图分类号:TB332 文献标识码:A
0 引言 近似视其形状为圆柱体;②晶须和基体界面结合为理
晶须增强树脂基复合材料具有较高的比模量和比 想状态。
强度,近年来得到了广泛的研究和越来越多的应用。晶 1.2 物理模型
须增强复合材料的弹性模量等力学性能取决于复合材 为简化有限元分析的复杂性,故采用二维平面模
料各相的性能及各相之间的结合状态。增强体的排列 型,如图1所示,其中Y 为晶须轴向方向;0为晶须
方式作为一种影响复合材料力学性能的重要因素,已 取向角,晶须单向排列模型中 分别取0。、15。、30。、
有许多学者对其做了大量的研究工作。林郁彦、冼杏 45。、6O。、75。和9O。。模型中晶须直径为d4 m,长
娟口 通过实验阐明短纤维增强复合材料力学性能与纤 径比l/d-:20.基体中含有8根晶须,所有模型晶须体
维方向之间的关系,实验结果表明在不同纤维方向上 积分数相同。
所得到的弹性模量和拉伸强度有很大差别。许震宇、张
若京 。 采用一般化单胞方法计算了纤维在规则排列
和随机排列时对单向纤维加强金属基复合材料的总体
弹塑性性能和总体弹性系数的影响。赵延军等人 基
于单取向纤维增强复合材料的力学性能计算模型和纤
维取向分布函数等建立了三维取向短纤维增强复合材 晶须
料弹性模量的数值计算模型。杜军等人I5 利用统计学
方法对比研究了短纤维取向对 Al O。 +C~/ZI 109混
杂复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响。
本文采用二维分析模型和有限元方法研究晶须单 图 1 二维分析模型示葸图
向排列和随机排列两种情况下复合材料的力学性能, 晶须随机排列模型采用Monte Carlo方法生成,
其中单向排列包括晶须取向角为0。、15。、30。、45。、60。、 方法如下:晶须的中心位置( , )由伪随机数产生,且
75。和90。时的情形。 和Y相互独立;晶须取向角 由伪随机数产生,变化
1 分析模型 范围为0。~90。;所有晶须均不与模型边界发生相交;
1.1 基本假设 所有晶须不发生相交重叠。
在本文中,做出以下假设:①晶须尺寸微小,可
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