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纤维方位角对玻纤增强复合材料细观力学行为的影响研究

桂乐乐  
【摘要】:玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(GFRP)因其高强度比、高刚度比等特性广泛用于轻质结构中。本文利用SEM高温疲劳试验系统,系统研究了GFRP在单轴加载条件下的力学性能及其随纤维方位角的关系,并通过SEM图像分析,结合应力应变关系曲线研究了纤维增强复合材料在单向载荷下的破坏过程及损伤演化规律。引入岩石力学单一节理模型,给出了峰值强度随纤维方位角的关系。基于弹性力学理论,通过转置刚度矩阵在Mathematica环境下生成横观各向同性复合材料的杨氏模量随纤维方位角(0-90o)的关系表达式。在Abaqus CAE环境下生成不同纤维方位角的有限元模型,并将理论结果与实验结果、数值模拟结果进行对比分析,均发现了纤维增强复合材料的杨氏模量随纤维方位角呈先减小后增加的U型趋势,并得到杨氏模量与纤维含量和纤维方位角的统计关系式。进一步利用扩展有限元法(XFEM),研究了GFRP在拉伸载荷下的开裂过程,得到了纤维方位角对裂纹扩展路径的影响规律。


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