弯曲载荷下碳/玻复合材料抽油杆失效机制

摘要

由于碳/玻复合材料抽油杆在挤压、弯折、扭转和冲击载荷下,极易发生界面剥离、芯材剪切、纤维断裂等问题,严重影响抽油杆使用寿命,故基于碳/玻复合材料抽油杆复合结构,以Hashin准则和Puck准则为纤维材料和基体材料的失效判据,结合界面内聚力模型,编写ABAQUS子程序建立三点弯曲载荷下碳/玻复合材料抽油杆三维数值模型,通过室内三点弯曲试验验证仿真模型的准确性;同时结合扫描电子显微镜(SEM)分析结果,从微观尺度阐释碳/玻复合材料抽油杆在弯曲载荷作用下的失效特征与损伤机制。结果表明:以最大弯曲载荷为评价指标,碳/玻复合材料抽油杆三维数值仿真模型误差为3%,满足工程分析精度需求;弯曲载荷下碳/玻复合材料抽油杆首先出现“压头状”损伤,随着载荷增大,抽油杆底端出现裂纹并迅速贯穿杆体,最终在垂直于纤维方向发生断裂。