三维针刺复合材料参数化建模及力学性能仿真

摘要

提出了一套三维针刺复合材料建模方法，并应用于针刺碳/酚醛复合材料的力学性能仿真分析。首先基于虚拟纤维技术，采用商用有限元软件ABAQUS，实现了叠层材料针刺工艺过程的数值模拟，获得了针刺区域附近的纤维丝在针刺过程中的变形规律，据此建立了受针刺影响区域内的纤维取向、损伤百分比与针刺工艺参数之间的关系；将这一关系引入到针刺复合材料代表性体积单元（RVE）模型中，较准确地体现真实材料中针刺区结构特征。利用此模型对材料的弹性性能、强度进行预测，结果与实验值吻合良好，验证了模型的有效性；在此基础上，进一步讨论了针刺密度、针刺深度等参数对复合材料力学性能的影响规律。本文的研究结果对针刺复合材料的力学分析与优化设计具有一定的指导意义。