均匀化方法对单向碳/铝复合材料弹性性能预测Elastic Properties Prediction for Unidirectional Carbon /aluminum Composites by Homogenization Method
晋艳娟,张柱,崔小朝,刘利亭
摘要(Abstract):
基于均匀化方法,预测单向碳/铝复合材料的等效弹性模量,得到单向碳/铝复合材料等效弹性常数的预测公式。首先,采用均匀化方法对单向玻纤/环氧复合材料等效弹性模量进行预测,得到玻纤/环氧复合材料的等效弹性常数,并与NASA经验公式的计算结果进行比较。结果表明,均匀化方法计算得到的等效弹性常数与NASA经验公式的计算结果相吻合,验证了周期性边界条件以及均匀化方法预测单向复合材料弹性性能的正确性。然后,采用均匀化方法对不同纤维含量的单向碳/铝复合材料等效弹性模量进行预测,并与NASA经验公式和混合法则的计算结果进行比较。结果表明,NASA经验公式和混合法则的计算公式可以预测单向碳/铝复合材料的纵向拉伸模量和纵向泊松比,但无法预测其横向拉伸模量和剪切模量。最后,采用最小二乘法拟合均匀化方法的计算结果对NASA经验公式进行修正,得到了单向碳纤维增强铝基复合材料横向拉伸模量和剪切模量的预测公式。
关键词(KeyWords): 均匀化方法;单向;碳纤维;铝基复合材料;弹性性能;预测公式
基金项目(Foundation): 教育部重点项目(208022);; 太原科技大学博士启动基金(20132012)
作者(Author): 晋艳娟,张柱,崔小朝,刘利亭
参考文献(References):
- [1]LIBIN Z,JINTAO H.Metal matrix composites in China[J].Journal of Materials Processing Technology,1998,75(1):1-5.
- [2]DAIA L H,BAIA Y L,LEEB S W R.Experimental Investigation of the Shear Strength of a Unidirectional Carbon/Aluminum Composite under Dynamic Torsional Loading[J].Composites Science and Technology,1998,58(10):1667-1673.
- [3]王新峰,周光明,周储伟,等.基于周期性边界条件的机织复合材料多尺度分析[J].南京航空航天大学学报,2005,37(6):730-735.
- [4]ZHOU YUANXIN,XIA YUANMING.Experimental study on the strength loss of carbon fiber in unidirectional carbon/aluminum composites[J].Journal of Materials Science Letters,2002,21:743-746.
- [5]郑晓霞,郑锡涛,缑林虎.多尺度方法在复合材料力学分析中的研究进展[J].力学进展,2010,40(1):41-56.
- [6]KAMINSKI M.Multiscale homogenization of non-component composites with semi-elliptical random interface defects[J].International Journal of Solids and Structures,2005,42(11):3571-3590.
- [7]SAKATA S,ASHIDA F,KOJIMA T.Stochastic homogenization analysis on elastic properties of fiber reinforced composites using the equivalent inclusion method and perturbation method[J].International Journal of Solids and Structures,2008,45(25):6553-6565.
- [8]王飞,庄守兵,虞吉林.用均匀化理论分析蜂窝结构的等效弹性参数[J].力学学报,2002,34(6):914-923.
- [9]杨庆生,刘健,杨辉.基于均匀化方法的天然复合材料等效弹性性能分析[J].北京工业大学学报.2010,36(6):759-763.
- [10]XIA Z,ZHANG Y,ELLYIN F.A unified periodical boundary conditions for representative volume elements of composites and applications[J].International Journal of Solids and Structures,2003,40(8):1907-1921.
- [11]XIA Z,ZHOU C,YONG Q,et al.On selection of repeated unit cell model and application of unified periodic boundary conditions in micro-mechanical analysis of composites[J].International Journal of Solids and Structures,2006,43(2):266-267.