团簇状缺陷对纤维束断裂过程的影响

作者：曹振; 郝大鹏^*; 唐刚; 寻之朋; 夏辉

来源：Acta Physica Sinica, 2021, 70(20): 122-132.

• 纤维束模型
• 缺陷
• 本构关系
• 雪崩尺寸

材料内部缺陷对复合材料的拉伸断裂性质有着极其重要的影响.纤维束模型是研究材料拉伸断裂性质常用的理论模型,已有含缺陷纤维束模型的工作表明,在纤维束模型中引入单纤维缺陷后,缺陷对模型拉伸断裂性质产生了显著影响.为研究实际材料内部存在的不同尺寸及损伤程度的缺陷,本文引入缺陷的空间尺寸、缺陷程度和缺陷内部纤维损伤程度分布等影响因素,构建了含团簇状缺陷的扩展纤维束模型.在最近邻应力再分配下,通过数值模拟分析了缺陷个数a、缺陷尺寸上限β和缺陷内部纤维缺陷程度的线性、指数和常数函数分布形式对复合材料断裂过程的影响.分析发现,由于缺陷空间分布存在的重叠竞争机制,在缺陷尺寸上限b较大时,缺陷个数对系统负载能力的影响具有饱和的趋势.而由于缺陷中心纤维的缺陷程度正比于缺陷尺寸,因此随着缺陷尺寸上限β的增加,其对模型负载能力的影响越来越显著.缺陷内部纤维缺陷程度的空间分布函数对以上规律没有产生实质影响,仅改变了各断裂性质的具体取值.本文的模拟分析结果对提高复合材料的力学性能具有一定的理论意义.

• 单位
  中国矿业大学（北京）; 中国矿业大学; 物理学院