刘万雷，常新龙，张晓军，张 磊

(第二炮兵工程大学，西安 710025)



基于细观有限元方法的复合材料横向力学性能分析

刘万雷，常新龙，张晓军，张 磊

(第二炮兵工程大学，西安 710025)

横向断裂是制约复合材料结构设计的关键点，传统细观模型因为不能充分考虑组分性能、体积分数和纤维形状及分布情况而不能有效预测材料横向力学性能。采用改进的随机序列吸收算法建立具有随机纤维分布的复合材料代表性体积单胞模型，考虑基体破坏和界面脱粘两种失效模式和固化过程中产生的残余应力，对模型在横向拉、压、剪3种载荷下的力学行为进行仿真计算。分析了不同界面强度对复合材料力学性能的影响规律。仿真结果与实验数据对比表明：横向模量预测误差在7%以内，压缩和剪切的强度误差在8%以内，结果一致性较好，表明该模型能够有效预测复合材料横向力学性能。

复合材料；细观有限元；残余应力；界面强度；横向力学性能

复合材料在受到多轴载荷作用时，往往首先出现垂直于纤维方向的横向断裂，这也成为制约复合材料结构设计的重要因素。然而，复合材料横向破坏与其基体和界面性能密切相关，传统的解析方法因不能充分考虑组分性能、体积分数和纤维形状及分布情况[1]，在应用时受到很大限制。

随着有限元技术和细观力学的发展使得建立复杂模型分析复合材料失效机理成为可能。Gonzalez等[2]建立了具有随机纤维分布的单向复合材料RVE单胞，采用细观有限元方法预测了复合材料在横向压缩载荷作用下的应力-应变响应曲线，并分析了界面强度对横向压缩性能的影响规律。……