碳纤维复合材料有限元分析需要知道的参数（静力学）

2017-01-23 by:CAE仿真在线来源:互联网

一般来说根据复合材料的特性,无论是碳纤维增强复合材料还是玻璃纤维增强复合材料,以及玄武岩、芳纶纤维芸芸,基本上都由两大组成部分:Fibers、Matrix。

Fibres在复合材料的作用是提供刚度和强度,例如(碳,玻璃,等等)

碳纤维复合材料有限元分析需要知道的参数(静力学)ansys仿真分析图片1
此图为Fibres大致结构

Matrix在复合材料的作用是保护Fibres并且使荷载可以在材料中传递。

因此FRP的机械性能主要由以下参数所决定:纤维及树脂的种类、纤维含量、纤维排列方式。体现出的基本性质包括、强度、模量、断裂伸长率、热膨胀系数、泊松比等。

那么在有限元分析中由于有两种材料:纤维及树脂,所以需要分几部分讨论所需参数:

1.在纤维排布在径向及法向的性能完全不同:因此需要知道纤维方向(1)和纤维法向(2、3)的两个方向的参数,杨氏模量E1, E2=E3; 泊松比v12=v13, v23; 剪切模量G12=G13, G23 以及纤维体积分数,如果需要热力学常数,还要加上热膨胀系数。以T700为例:E1=230 GPa,E2=E3=15 GPa;G12=G13=24 GPa,G23=5.03 GPa;v12=v13=0.2,v23=0.25;

然而国产碳纤维性能变化较大,且由于试验局限,无法得到准确不变的数值,故设定参数时需要确定所使用材料的参数来源可靠性及稳定性。

2.在基体树脂方面,与纤维类似需要考虑树脂的杨氏模量、剪切模量、体积分数,这几个模量是直接影响结构刚度。

3.当两种材料复合时,纤维复合材料并非各向同性,基本原则是:1) 沿纤维方向纤维的轴向应变和Matrix的应变是一样的;2) 沿纤维横断方向纤维上的应力和Matrix的应力是一样的。可以根据公式有纤维复合材料单向排列的杨氏模量(轴线、横向),剪切模量;

实际应用中不可能总是单向纤维排列,需要一定角度组合排列,从而满足实际使用要求。此时可通过Laminate Theory理论或者刚度阵得到纤维复合材料的参数。

开放分享：优质有限元技术文章,助你自学成才