短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能仿真研究

張坤倫，潘 鋒，2，韓 勇，黃紅武

（1.廈門(mén)理工學(xué)院機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，福建 廈門(mén) 361024；2.上海迅仿工程技術(shù)有限公司，上海201821）

1 引言

隨著材料技術(shù)的發(fā)展，短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料取得了廣泛地應(yīng)用，如汽車(chē)內(nèi)飾、中控臺(tái)等[1-3]。短纖維增強(qiáng)材料在注塑成型過(guò)程中，由于纖維軸向受注塑方向、纖維長(zhǎng)度和模具形狀等影響并非完全隨機(jī)分布，注塑件內(nèi)部的力學(xué)性能呈現(xiàn)明顯的各向異性。同時(shí)基體樹(shù)脂中添加的纖維使原材料力學(xué)性能，如剛度和強(qiáng)度有所提升。目前短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料研究主要通過(guò)宏觀和微觀方面研究材料纖維分布及材料的各向異性。文獻(xiàn)[4]用哈夫變換等圖像處理方法和數(shù)值分析相結(jié)合獲得復(fù)合材料的纖維長(zhǎng)度及分布信息，從而分析復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)；文獻(xiàn)[5]使用掃描電子顯微鏡觀察斷面纖維分部情況，清楚地觀察到纖維呈束狀分布；文獻(xiàn)[6]采用LS-DYNA 的22 號(hào)正交各項(xiàng)異性材料本構(gòu)模型，將纖維方向0°、45°、90°力學(xué)參數(shù)輸入，進(jìn)行玻纖增強(qiáng)儀表板的結(jié)構(gòu)和碰撞分析；文獻(xiàn)[7]基于纖維方向0°、30°、45°、60°和90°的樣件拉伸試驗(yàn)，研究短玻璃纖維增強(qiáng)PA66 材料的拉伸模量和拉伸強(qiáng)度，并通過(guò)對(duì)比各相同性模型計(jì)算的結(jié)果，證明短纖維材料的各向異性參數(shù)的計(jì)算具有特殊性。短纖維復(fù)合材料PP+GF30 具有明顯的各向異性、粘彈性和動(dòng)態(tài)應(yīng)變率效應(yīng)。僅通過(guò)宏觀和微觀考慮各向異性對(duì)其力學(xué)性能描述存在不足。

以短纖維復(fù)合材料PP+GF30 為例，基于各向異性、粘彈性、動(dòng)態(tài)應(yīng)變率和斷裂失效研究短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能。……