具有纳米工程界面相的微尺度纤维增强复合材料的多尺度建模
计算物理
2017-02-06 v2 材料科学
摘要
本研究重点关注包含纳米和微尺度增强体的多尺度复合材料的力学性能和应力传递行为。这种复合材料结构的显著特征是，碳纳米结构 (CNS) 分散在连续微尺度纤维周围的基体中，以改善微纤维-基体界面附着力。此类 CNS 被认为由排列的 CNT (A-CNTs) 组成。因此，我们为这种混合复合材料开发了多尺度模型。首先，将分子动力学模拟与 Mori-Tanaka 方法相结合，用于确定由 CNS 和环氧树脂组成的纳米工程界面相层的有效弹性性能。随后，建立了连续纤维多尺度复合材料的微观力学拔出模型，并在 CNS 与周围环氧树脂完美和非完美界面粘结条件下，研究了不同 CNS 取向的应力传递行为。此类界面条件采用具有连续牵引力但存在位移跃变的线性弹簧层模型进行建模。当前的拔出模型考虑了多尺度复合材料不同正交各向异性成分相的径向和轴向变形。将所建立的拔出模型的结果与有限元分析的结果进行了比较，发现两者吻合良好。我们的结果表明，通过控制纤维周围 CNT 的形态，特别是当它们沿微尺度纤维的轴向排列时，多尺度复合材料的应力传递特性得到显著改善。结果还表明，CNS-环氧树脂界面的弱化显著影响了沿微尺度纤维长度方向的径向应力。
引用
@article{arxiv.1509.05140,
title = {Multiscale modeling of microscale fiber reinforced composites with nano-engineered interphases},
author = {S. I. Kundalwal and S. Kumar},
journal= {arXiv preprint arXiv:1509.05140},
year = {2017}
}