准脆性纺织复合材料的谱刚度微平面模型
材料科学
2015-09-09 v1
摘要
本文提出了一种通用本构模型，用于模拟纺织复合材料的正交各向异性刚度、峰值前非线性、失效包络以及峰值后软化和断裂。遵循微平面模型框架，本构定律由作用于材料细观结构内多个取向平面上的应力和应变向量表述。该模型利用正交各向异性刚度张量的谱分解来定义微平面层级的正交应变模式。这些模式与细观尺度的各种组分以及材料对不同类型变形的响应相关联。采用应变相关本构方程关联微平面本征应力与本征应变，同时应用变分原理将细观尺度的微平面应力与宏观尺度的连续体张量关联。得益于这些特征，所得到的谱刚度微平面公式能够轻松捕捉纤维和纺织复合材料典型的各种物理非弹性现象，如：基体微开裂、微观分层、裂纹桥接、拔出和脱粘。将模型应用于斜纹22织物，表明其能真实预测其单轴及多轴行为。此外，该模型与复合材料管轴向压溃实验高度吻合，这一能力使其成为耐撞性应用中有价值的设计工具。该公式计算高效、易于校准，并可适应其他当前备受关注的复合材料构型，如2D和3D编织物或3D机织物。
引用
@article{arxiv.1509.02501,
title = {Spectral Stiffness Microplane Model for Quasibrittle Textile Composites},
author = {Marco Salviato and Shiva Esna Ashari Esfahani and Gianluca Cusatis},
journal= {arXiv preprint arXiv:1509.02501},
year = {2015}
}