• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2019, Vol. 55 ›› Issue (10): 109-114.doi: 10.3901/JME.2019.10.109

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碳纤维复合材料层合板三点弯曲损伤仿真研究

庄蔚敏, 王楠, 吴迪, 武世杰, 敖文宏, 刘西洋   

  1. 吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室 长春 130022
  • 收稿日期:2018-07-25 修回日期:2018-11-20 出版日期:2019-05-20 发布日期:2019-05-20
  • 通讯作者: 王楠(通信作者),女,1993年出生。主要研究方向为车身结构设计与优化、有限元分析和金属成形技术。E-mail:nanw17@mails.jlu.edu.cn
  • 作者简介:庄蔚敏,女,1970年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为车身结构设计与优化、有限元分析和金属成形技术。E-mail:zhuangwm@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(2016YFB0101601)、国家自然科学基金(51775227、51375201)和吉林省省校共建计划专项(SXGJSF2017-2-1-5)资助项目

Simulation and Analysis of the Damage of Carbon Fiber Composite Laminates under Three Point Bending Load

ZHUANG Weimin, WANG Nan, WU Di, WU Shijie, AO Wenhong, LIU Xiyang   

  1. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control, Jinlin University, Changchun 130022
  • Received:2018-07-25 Revised:2018-11-20 Online:2019-05-20 Published:2019-05-20

摘要: 研究碳纤维复合材料在弯曲载荷作用下的失效形式与损伤过程,以预测材料抗外力损伤性能,指导碳纤维复合材料车身结构设计。进行碳纤维复合材料性能试验和三点弯曲试验,获得材料力学性能参数。建立基于Tiebreak算法的碳纤维复合材料层合板三点弯曲有限元模型,与试验对比验证模型的有效性。研究单元划分方式和Tiebreak接触层设置方式对仿真结果的影响规律,实现碳纤维复合材料分层破坏和纤维断裂的复杂失效及弯曲大变形损伤过程模拟。研究结果表明,计算精度与Tiebreak接触层设置相关,层合板弯曲变形的层间裂纹和层内裂纹扩展速度不同且相互影响。

关键词: Tiebreak接触, 分层破坏, 渐进式网格, 三点弯曲, 碳纤维复合材料, 纤维断裂

Abstract: The failure modes and damage process of CFRP under bending load are studied to improve the anti-damage performance and guide the design of body structure. The mechanical properties of carbon fiber composite laminates are obtained by means of the experimental method. A tiebreak algorithm-based finite element model is verified by the experiments. The effects of element meshing and the tiebreak contact layers on finite element results are studied. The complex damage of delamination and fiber breakage and the flexural damage propagation are simulated. It is concluded that the calculation accuracy is related to the tiebreak contact layers and the propagation rates of interlaminar crack and intralaminar crack are different and interact with each other.

Key words: CFRP, delamination, fiber breakage, progressive mesh, three point bending, Tiebreak contact

中图分类号: