含缺陷三维编织复合材料力学性能的双尺度分析

摘要

本文通过建立微观和细观两个尺度的代表性体积单元模型,对含空隙和干斑两种典型缺陷三维编织复合材料的宏细观力学性能进行了数值模拟.首先,建立了微观纤维束和细观三维编织结构的代表性体积单元及有限元模型,通过将单元刚度降为小数的方法建立含干斑缺陷的微观模型和含空隙缺陷的细观模型;然后,通过对双尺度模型施加周期性边界条件,预测出微观模型和细观模型的工程弹性常数.详细讨论了工程弹性常数随编织参数和孔隙率的变化情况,得出一些有价值的规律.刚度预测结果和实验结果较为吻合,验证了该方法的有效性.通过分析证明:纤维束的干斑缺陷是造成材料整体刚度降低的主要原因.