基于失效理论的复合材料力学性能预测及试验验证

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20230928.006

复合材料科学与工程 ›› 2023, Vol. 0 ›› Issue (9): 42-47.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20230928.006

基于失效理论的复合材料力学性能预测及试验验证

夏婉莹, 李志虎, 秦玉林, 张宁, 严路平

奇瑞汽车股份有限公司,芜湖241009

收稿日期:2022-09-08 出版日期:2023-09-28 发布日期:2023-10-20
作者简介:夏婉莹(1996—),女,硕士研究生,主要从事复材可靠性试验验证及性能研究开发方面的研究,xiawanying@mychery.com。
基金资助:
2021年度芜湖市科技计划项目重点研发项目(2021yf10)

Prediction and experimental verification of mechanical properties of composite materials based on failure theories

XIA Wanying, LI Zhihu, QIN Yulin, ZHANG Ning, YAN Luping

Chery Automobile Company, Wuhu 241009, China

Received:2022-09-08 Online:2023-09-28 Published:2023-10-20

摘要/Abstract

摘要： 针对纤维增强复合材料力学性能预测方法进行研究,采用实际试验和有限元仿真分析相结合的方法,分别利用Tsai-Wu张量理论及Hashin失效准则确定工况的失效机能,从而获得相应工况或加载条件的最大载荷、最大位移、弹性强度和杨氏模量等力学性能结果。将试验结果与仿真结果进行比对,结果表明Tsai-Wu张量理论对工况安全性能校核较为适用,Hashin失效准则更加适用于实际的极限强度预测。同时,建立的有限元仿真模型仿真结果与试验结果吻合度较好,说明该预测模型具有良好的合理性。

关键词: 纤维增强复合材料, 仿真计算, 失效分析, 失效判据

Abstract: Aiming at the research of mechanical strength prediction methods of fiber reinforced composite material, the mechanical properties such as maximum load, maximum displacement, elastic strength, modulus and other mechanical properties were obtained by the method of actual test and simulation analysis through the HyperWorks and ABAQUS with Tsai-Wu tensor theory and Hashin failure criterion. By comparing the simulation results with the test results, it is found that the accuracy of prediction based on Tsai-Wu tensor theory is significantly lower than that based on Hashin, which indicates that Tsai-Wu tensor theory is more suitable for checking the working condition safety performance, and Hashin failure criterion is more suitable for the actual ultimate strength prediction. At the same time, the established simulation model is in good agreement with the experimental results, which indicates that the prediction model has good rationality.

Key words: fiber reinforced composite material, CAE, failure analysis, failure criteria

中图分类号:

TB332

夏婉莹, 李志虎, 秦玉林, 张宁, 严路平. 基于失效理论的复合材料力学性能预测及试验验证[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(9): 42-47.

XIA Wanying, LI Zhihu, QIN Yulin, ZHANG Ning, YAN Luping. Prediction and experimental verification of mechanical properties of composite materials based on failure theories[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2023, 0(9): 42-47.

参考文献

[1] 江大志, 鞠苏, 张鉴炜, 等. 复合材料结构轻量化方法及技术[J]. 玻璃钢/复合材料, 2014(9): 85-98.
[2] 沈军, 谢怀勤. 先进复合材料在航空航天领域的研发与应用[J]. 材料科学与工艺, 2008(5): 737-740.
[3] 史践, 唐义生, 黄召玉, 等. 碳纤维复合材料和轻质合金在新能源汽车轻量化上的应用实践[J]. 汽车工艺与材料, 2021(12): 7-11.
[4] 陈潇凯, 李超, 白影春, 等. 汽车多材料控制臂拓扑优化方法[J]. 汽车工程, 2021, 43(7): 1088-1095.
[5] KIM D H, CHOI D H, KIM H S. Design optimization of a carbon fiber reinforced composite automotive lower arm[J]. Composites Part B: Engineering, 2014, 58: 400-407.
[6] YAO Y, WANG TAO, GONG Y K, et al. Development of a carbon fiber reinforced composite chassis longitudinal arm[J]. Science of Advanced Materials, 2016, 8(11): 2133-2141.
[7] KADDOUR A S, HINTON M J, SODEN P D. Predictive capabilities of nineteen failure theories and design methodologies for polymer composite laminates. Part B: Comparison with experiments[M]. Amsterdam: Elsevier Ltd., 2004: 1073-1221.
[8] HINTON M J, KADDOUR A S. The background to the second world-wide failure exercise[J]. Journal of Composite Materials, 2012, 46(19-20): 2-28.
[9] KADDOUR A S, HINTON M J, SMITH P A, et al. The background to the third world-wide failure exercise[J]. Journal of Composite Materials, 2013, 47(20-21): 2417-2426.
[10] KADDOUR A S, HINTON M J. The second world-wide failure exercise: Benchmarking of failure criteria under triaxial stresses for fibre-reinforced polymer composites[C]//International Conference on Composite Materials. Tokyo: 2007.
[11] KADDOUR A S, HINTON M J. Maturity of 3D failure criteria for fibre-reinforced composites: Comparison between theories and experiments: Part B of WWFE-Ⅱ[J]. Journal of Composite Materials, 2013, 47(6-7): 925-966.
[12] 沈观林, 胡更开, 刘彬. 复合材料力学[M]. 北京: 清华大学出版社, 2013: 68-69.
[13] 卢志强, 李德源, DIVIANI L. 基于Tsai-Wu失效准则的TSCB人行桥强度分析[J]. 广东工业大学学报, 2014, 31(1): 101-106.
[14] 朱迪. 汽车底盘碳纤维后纵臂优化设计[D]. 上海: 上海交通大学, 2018.
[15] 田俊, 刘吉, 杨宗邦. 基于Tsai-Wu强度准则的某型飞机机翼层压板翼面低速冲击响应仿真分析[J]. 航空维修与工程, 2022(2): 65-67.
[16] 谢素明, 张高威, 程亚军. 碳纤维复合材料车体结构强度仿真分析与结构优化[J]. 大连交通大学学报, 2021, 42(4): 23-27.
[17] 林国伟, 李新祥. 复合材料壁板后屈曲分析失效准则的适用性研究[J]. 机械强度, 2020, 42(3): 565-572.
[18] 叶梯, 岳源. 基于Hashin准则的开孔复合材料强度分析及试验[J]. 科技风, 2020(35): 183-184.
[19] 吴振, 陈健. 基于Hashin准则的复合材料层合结构低速冲击研究[J]. 沈阳航空航天大学学报, 2017, 34(5): 12-20.
[20] 胡正云, 陈明和, 翁益明, 等. 塑料内胆复合材料气瓶有限元分析与爆破试验[J]. 复合材料科学与工程, 2021(10): 89-95.

基于失效理论的复合材料力学性能预测及试验验证

Prediction and experimental verification of mechanical properties of composite materials based on failure theories

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	郑子君, 乔英, 邵家儒. 基于机器视觉的短纤维复合材料的取向度提取方法[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 65-72.
[2]	宋贵宾, 黄光启, 杨胜春. 复合材料层压板胶接挖补修理分析方法及影响因素研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 91-96.
[3]	刘帅文, 沈金荣, 吉新柱, 张强先, 方园. 表面功能化多壁碳纳米管改性玻纤增强树脂基复合材料的拉-拉疲劳性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(8): 92-100.
[4]	卜嘉润, 刘文成, 王树青, 丁新东. 轴向压缩荷载作用下纤维增强柔性管渐进失效研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(7): 57-64.
[5]	杨青, 程超, 刁春霞, 吕玥蒽, 周飞, 丁小马, 陈正国. 环氧树脂改性聚双环戊二烯及其碳纤维复合材料的制备与表征[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(5): 32-36.
[6]	温智超, 屈美娇, 李哲旭, 李孟奇, 董秋雨, 孙戬. SHPB试验中碳纤维增强复合材料试样的尺寸效应数值模拟分析[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(4): 14-20.
[7]	郭卫东, 于峰, 谈嗣勇, 方圆, 秦尹, 王宗森, 郭生全. CFRP条带加固RC梁斜裂缝投影长度的计算方法[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(4): 51-55.
[8]	姜文, 樊红星, 姚卫星, 陈方, 马铭泽. 基于损伤分形维数的树脂基复合材料冲击后压缩强度预测方法[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(3): 11-17.
[9]	高世阳, 方海, 葛益玮, 梁勇强. 桥梁隔离式复合材料防船撞管桩受弯性能试验与设计[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(3): 39-43.
[10]	张锦光, 邓伟, 杨桢, 邱浩, 文湘隆. 纤维增强复合材料叶轮对风机振动特性的影响研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(3): 53-58.
[11]	杨阳, 林英豪, 王元伍, 范以撒. 车用碳纤维增强复合材料连接结构耐久性研究及失效机理分析[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(10): 78-86.
[12]	黄东辉, 曾少华. 自组装蒙脱土-碳纳米管对玻纤增强复合材料力学及界面性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 39-44.
[13]	吴毅彬, 许丽华, 金国芳, 欧永辉. 基于Weibull分布函数的FRP退化模型研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 10-16.
[14]	黄东辉, 曾少华. 氨基化石墨烯-玻璃纤维增强环氧复合材料的界面黏合性研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 27-32.
[15]	朱晔, 吴雄, 冯炳, 李攀峰. 紧凑型110 kV输电复合材料火箭塔的力学性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 96-104.