三维中空夹芯复合材料拉伸性能的有限元分析
曹海建俞科静钱坤（江南大学纺织服装学院，无锡214112）
文摘利用有限元软件Workbench，建立了三维中空夹芯复合材料结构模型，进行拉伸性能研究。利用该模型，探讨了材料在1mm拉伸位移载荷作用下纤维、树脂和复合材料的应力、应变分布。结果表明：三维中空夹芯复合材料在拉伸载荷作用下，“X”形芯材交叉处应力最大，最容易发生拉伸破坏上下面板应力最小，最不容易发生拉伸破坏；复合材料在承受拉伸载荷作用时，增强体纤维起主要承载作用，基体树脂起次要作用；当拉伸位移载荷达到1mm时，材料的破坏模式主要为树脂破裂。
关键词三维中空夹芯复合材料，有限元软件Workbench，拉伸性能，应力，应变，破坏模式
中图分类号：TB332
D0I:10. 3969/j. issn. 10072330.2015.02.004
FiniteElementAnalysisofThree-DimensionalHollow
SandwichCompositesonTensileProperties
CAOHaijian
YUKejing
QIANKun
( College of Textile and Clothing,Jiangnan University, Wuxi 214112)
Abstract A new structural model was built to study tensile properties of three-dimensional hollow sandwich composites (3D composites) by using the finite element software Workbench. The distribution of stress & strain on the fibers, resin and the 3D composites was discussed under tensile loads of 1 mm displacement by using the model. The results show that the maximum value of stress occured between the overlap of X-shaped piles, where the 3D compos-ites damaged easily. The minimum value of stress occured on the up and down face-sheet, where the 3D composites damaged difficulty. The main loads were supported by reinforced fibers and the minor loads were supported by matrix resin. The main failure mode of the 3D composites are resin fracture when the 3D composites suffered tensile displace ment loads at 1 mm.
Key wordsThree-dimensional hollow sandwich composites,Finite element software Workbench,Tensile proper-ties,Stress,Strain,Failuremode
0引言
三维中空夹芯复合材料是一种新型的夹芯结构复合材料。该材料主要由玻璃纤维、碳纤维等织造而成，具有高强、高模、轻质等特性，目前已广泛应用于高铁、船舶、飞机、油罐车、建筑等领域[1-3]。研究发现，该结构材料在使用过程中主要承受压缩、拉伸和低速冲击等载荷，此类载荷可能对材料造成致命的损伤，甚至威胁到材料的使用寿命(4-7]。如何提高材料的抗压、抗拉和抗冲击性能，延长材料的使用寿命，
是众多生产者和使用者共同关心的问题。借助大型有限元软件ANSYSWorkbench，可以对材料承载及破坏历程进行模拟，能够获得传统设计方法难以得到的一系列信息，从而对材料结构实施优化设计，改善材料的性能。
目前国内外学者应用有限元软件对纤维增强复合材料进行了一些相关研究。杨振宇等*建立三维编织复合材料单胞模型，并对材料的有效模量进行了预测；黄桥平等[9]研究了碳纤维/环氧树脂层板的冲
收稿日期：2014-0924
基金项目：国家自然科学基金（51302110,51203062）；江苏省产学研联前瞻性联合研究项目（BY2013015-31，BY2014023-15）
作者简介：曹海建，1979年出生，博士，副研究员，主要从事纺织复合材料的开发与性能研究工作。E-mil：cachaijan@jiangnan.edu.cen 通讯作者：俞科静，副教授，主要从事轻量化复合材料研发工作。E-mail:yukejing@gmail.com
16 -万方数据
宇航材料工艺http://www.yhclgy.com2015年第2期