碳纤维复合材料的力学损伤分析

  近年来,各种复合材料以其优异的力学性能,如高比强度或高比模量,以及抗疲劳性,抗腐蚀性等等,在许多工程领域得到了越来越多的广泛应用。在这样的背景下,为了将复合材料更好地应用于工程实践,对复合材料力学性能的研究正受到越来越多的重视。复合材料意般由两种或几种材料复合而成,相对于单一组份的材料来说,其力学响应更为复杂,而由连续纤维增强的复合材料的力学性能还呈现出明显的各向异性特征,而且复合材料的制作工艺对其最终力学性能都有非常大的影响。这些都说明了复合材料力学性能研究的复杂性和困难性。本文江苏博实为大家列举两种碳纤维复合材料的力学损伤实验,并对此做个简单分析。

  1.渐进损伤力学分析

  碳纤维增强复合材料的渐进损伤分析中,要假定各个单元的受力均达到失效准则之后,且单元的材料性能按照特定的规律发生了退化。这一模拟方式能精准地演化出材料的渐进损伤情况,并用于最终层合板完全失效时的失效强度判断。

  在进行渐进损伤力学分析判断时,需要从计算、失效分析以及材料退化等三个部分进行分析,具体步骤为:

  (1)计算碳纤维增强复合材料的层合板应力,并将计算结果代入到相应的失效准则中,用于判断这一单元是否满足失效准则。

  (2)若得出的结果满足失效准则,则表示材料的刚度发生了退化,需要对退化后的结构应力进行重新计算:若得出的结果并不满足失效准则,则表示该结构可以继续承载,并增加相应的载荷之后,计算结构应力。

  (3)根据得出的计算结果,重新对其是否满足失效准则进行判定,重复上述步骤直至结构完全失效,结束计算。

  2.连续损伤力学分析

  在随碳纤维增强复合材料的连续损伤力学进行分析中,要结合材料的性能以及折减系数进行判定,材料性能和折减系数需要通过大量实验的方式才能确定。所以,对于不同的材料、铺层设计和结构设计,需要通过大量的实验,或者仿真设计的方式,获得相应的折减系数。例如,采取连续介质损伤力学分析的方法,可以判断出材料内部损伤的状态变量,用于判断材料的损伤状态。

  在材料刚度矩阵中,也可以加入损伤状态变量,通过此种方式可对损伤状态的变量随着单元受力或单元应变能力发生的变化而产生的变化进行统计,获得单元刚度矩阵岁单元受力或应变能力而产生改变的程度。在这一过程中,可以将演变法则引入单元特征,并在此后提出指数型损伤状态变量,以此降低网格变形对于碳纤维增强复合材料损伤演变的敏感度影响。

  综上所述,碳纤维增强复合材料在产品中应用,不仅可以满足产品美观性与安全性,同时也可以充分降低整体质量。对此,相关领域的技术人员在对碳纤维增强复合材料进行分析与应用中,要重点对其力学性能进行分析。通过实验探究的方式可获取精准可靠的结果,实现不同层数合板性能的分析。