考虑层间断裂的碳纤维复合材料强度分析

考虑层间断裂的碳纤维复合材料强度分析

Tadashi Naito.SAE 2015-01-0694.

编译：张苏铁

碳纤维增强塑料（CFRP）复合材料具有比钢更高的特定强度和刚度，因此将其应用到汽车上可以大幅减轻汽车的质量。不同于金属，在CFRP复合材料内部往往会产生微小的层间断裂，而该材料的强度又是由这种断裂模式决定的。在将CFRP复合材料应用到汽车车身的设计中时，结构强度的验证是非常关键的一个环节。现代汽车制造企业为了降低设计成本、缩短开发周期，通常采用仿真模拟来完成部分强度分析的工作，通过建立研究对象的完整三维模型，利用计算机软件进行数值仿真，得到有价值的强度分析结果，再用试验来验证，这样的试验流程大大缩短了传统方法中反复的尝试改进，节省了大量的人力物力，取得了较好的经济效益。而在应用计算机仿真模拟时，如何选取精确的模型尤为重要，该物理模型需要能够精确模拟CFRP复合材料层间断裂的失效形式，这样才能得到和实际情况相近的结果。提出了一种CFRP强度模拟模型，该模型较好地兼顾了不同层间的断裂模式和层内损伤模式，并对试样进行了数值仿真和试验结果的对比分析，得到了较为精确的结果，验证了该模型的实用性和精确性，该模型已成为CFRP复合材料强度仿真分析领域常用的失效模型。