[發(fā)明專利]一種獲取三維機(jī)織復(fù)合材料界面強(qiáng)度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011594939.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112595593B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫銳堅(jiān);果立成;郝留磊;李志興;張莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/08
• 分類號(hào): G01N3/08;G01N1/28;G06F30/23;G06F113/12;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發(fā)明公開(kāi)了一種獲取三維機(jī)織復(fù)合材料界面強(qiáng)度的方法，所述方法包括如下步驟：步驟一、切割試件；步驟二、建立有限元模型；步驟三、實(shí)施拉伸試驗(yàn)；步驟四、有限元計(jì)算獲取界面強(qiáng)度。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、特殊切割試件的位置和試件尺寸設(shè)計(jì)，使得試件破壞模式單一，試件的強(qiáng)度直接反映界面的強(qiáng)度；試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于建立與試件一致的有限元模型，提高建模效率；2、試驗(yàn)與仿真相結(jié)合，互相印證，有利于獲取更貼近真實(shí)情況的界面強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料性能測(cè)試領(lǐng)域，涉及一種測(cè)試三維編織復(fù)合材料界面強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)

復(fù)合材料中的界面，一般指的是纖維絲與基體之間的微觀界面，這種微觀界面是真實(shí)存在的，會(huì)影響復(fù)合材料內(nèi)部的應(yīng)力傳遞和損傷擴(kuò)展。

近年來(lái)，三維機(jī)織復(fù)合材料由于其優(yōu)越的層間性能，逐漸成為研究的重點(diǎn)。在對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，纖維束/纖維束以及纖維束/基體交界的位置往往最先出現(xiàn)損傷。而在對(duì)三維機(jī)織復(fù)合材料施加面外載荷（面外拉伸、面外剪切）時(shí)，纖維束/纖維束以及纖維束/基體交界的位置出現(xiàn)的損傷更是成為了核心的破壞模式。因此，想要準(zhǔn)確表征三維機(jī)織復(fù)合材料的性能，就有必要獲取纖維束/纖維束以及纖維束/基體交界的位置的性能。

為了便于研究，一些學(xué)者將纖維束/纖維束以及纖維束/基體交界的位置也稱作界面。通過(guò)對(duì)斷口進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)該界面的損傷模式中混雜著微觀界面脫粘、基體損傷，以及很少量的纖維絲損傷。因此，三維機(jī)織復(fù)合材料中的界面與微觀界面之間是存在著本質(zhì)區(qū)別的，微觀界面的參數(shù)無(wú)法直接應(yīng)用于三維機(jī)織復(fù)合材料的界面。

三維機(jī)織復(fù)合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在多向的紗線組成的空間互鎖結(jié)構(gòu)，難以直接通過(guò)試驗(yàn)獲取界面性能。一部分學(xué)者在單胞級(jí)別的仿真工作中，試圖通過(guò)在模型中輸入不同的界面參數(shù)值，來(lái)討論界面性能對(duì)于三維機(jī)織復(fù)合材料性能的影響，但由于三維機(jī)織復(fù)合材料的損傷模式非常復(fù)雜，這樣的討論也難以定量的給出界面的性能。

目前缺乏一種簡(jiǎn)單有效的獲取三維機(jī)織復(fù)合材料界面性能的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種獲取三維機(jī)織復(fù)合材料界面強(qiáng)度的方法，該方法能夠簡(jiǎn)單有效的獲取三維機(jī)織復(fù)合材料界面性能。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種獲取三維機(jī)織復(fù)合材料界面強(qiáng)度的方法，包括如下步驟：

步驟一、切割試件

沿厚度方向在三維機(jī)織復(fù)合材料板材上切割出薄片試件，其中：三維機(jī)織復(fù)合材料板的厚度方向?yàn)樵嚰拈L(zhǎng)度方向（即拉伸方向），經(jīng)紗方向或緯紗方向?yàn)樵嚰暮穸确较颍?/p>

步驟二、建立有限元模型

依據(jù)試件的表面照片或試件的CT圖像獲取試件的幾何信息，據(jù)此建立試件的全尺寸有限元模型，在纖維束/基體和纖維束/纖維束交界處插入內(nèi)聚力單元用于模擬界面；

步驟三、實(shí)施拉伸試驗(yàn)

（1）在準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)中，使用與試件兩端尺寸相匹配的夾頭將試件夾持，施加小于試件最大載荷5%的預(yù)載；

（2）獲取試件應(yīng)變信息，試驗(yàn)機(jī)以位移控制開(kāi)始加載，直至試件完全破壞；

（3）用試驗(yàn)機(jī)輸出的載荷除以試件標(biāo)距段的截面積獲取試件的應(yīng)力，試件最終破壞所需載荷對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為試件的強(qiáng)度；

（4）用試件內(nèi)部的應(yīng)力和測(cè)量的應(yīng)變繪制試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線；

步驟四、有限元計(jì)算獲取界面強(qiáng)度