考慮層間斷裂的碳纖維復(fù)合材料強(qiáng)度分析

Tadashi Naito.SAE 2015-01-0694.

編譯：張?zhí)K鐵

碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）復(fù)合材料具有比鋼更高的特定強(qiáng)度和剛度，因此將其應(yīng)用到汽車上可以大幅減輕汽車的質(zhì)量。不同于金屬，在CFRP復(fù)合材料內(nèi)部往往會產(chǎn)生微小的層間斷裂，而該材料的強(qiáng)度又是由這種斷裂模式?jīng)Q定的。在將CFRP復(fù)合材料應(yīng)用到汽車車身的設(shè)計中時，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的驗證是非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代汽車制造企業(yè)為了降低設(shè)計成本、縮短開發(fā)周期，通常采用仿真模擬來完成部分強(qiáng)度分析的工作，通過建立研究對象的完整三維模型，利用計算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)值仿真，得到有價值的強(qiáng)度分析結(jié)果，再用試驗來驗證，這樣的試驗流程大大縮短了傳統(tǒng)方法中反復(fù)的嘗試改進(jìn)，節(jié)省了大量的人力物力，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。而在應(yīng)用計算機(jī)仿真模擬時，如何選取精確的模型尤為重要，該物理模型需要能夠精確模擬CFRP復(fù)合材料層間斷裂的失效形式，這樣才能得到和實際情況相近的結(jié)果。提出了一種CFRP強(qiáng)度模擬模型，該模型較好地兼顧了不同層間的斷裂模式和層內(nèi)損傷模式，并對試樣進(jìn)行了數(shù)值仿真和試驗結(jié)果的對比分析，得到了較為精確的結(jié)果，驗證了該模型的實用性和精確性，該模型已成為CFRP復(fù)合材料強(qiáng)度仿真分析領(lǐng)域常用的失效模型。