基于有限元法的碳纳米管增强环氧树脂复合材料力学性能预测

作者：孙祺; 宋兆波; 李云龙^*

来源：工程塑料应用, 2021, 49(12): 55-60.

• 纳米填料
• 复合材料
• 有限元模型
• 力学性能
• 动力学

通过Python二次开发随机吸附性算法(RSA),建立三维随机分布碳纳米管增强环氧树脂复合材料的代表体积元有限元模型(RVE),采用有限元方法对RVE进行均匀化计算,分别对横观各向同性的纳米填料和各向同性的基体进行材料属性赋予和网格划分,得到不同纳米填料体积分数的RVE的有效拉伸弹性模量及剪切弹性模量,并与Mori-Tanaka方法得到的理论弹性模量对比。结果表明,该方法可较为准确地预测纳米填料增强复合材料的弹性模量,误差在5.4%以内,剪切弹性模量预测误差最小值为0.54%。通过Abaqus进行动力学分析,提取RVE的固有频率和振型,证明RVE的固有频率随纳米填料体积分数的提高而上升。RVE对低体积分数的纳米填料增强复合材料具有较好的预测效果,为构建纳米填料随机分布的复合材料提供了更为真实有效的模型。

• 单位
  土木与环境工程系; 汕头大学