短玻璃纤维增强尼龙6合成泡沫拉伸失效机制的微观力学分析

《Polymer Engineering & Science》：Micromechanical Analysis of Tensile Failure Mechanisms in Short Glass Fiber-Reinforced Nylon 6 Syntactic Foams

短玻璃纤维增强尼龙6 syntactic泡沫的断裂行为通过三维微力学有限元分析系统研究，揭示基体在纤维尖端附近因高拉伸静水应力引发微孔形核，导致界面损伤和局部塑性变形，最终形成脆性裂纹的失效机制。

　　

摘要

了解短纤维增强合成泡沫在拉伸载荷下的断裂行为对于提高这些先进复合材料的可靠性和结构完整性至关重要。在本研究中，通过基于三维微观力学的有限元分析（FEA）系统地研究了短玻璃纤维增强尼龙6（Ny6）合成泡沫的拉伸行为和延性破坏机制。模拟结果提供了关于这些热塑性合成泡沫复杂破坏过程的详细见解。无论微球含量如何，基体在纤维尖端附近始终会形成高拉伸静水应力区域。玻璃纤维和微球的断裂概率都较低。破坏主要由基体失效引起，始于纤维尖端的微孔形成。随后，损伤沿纤维-基体界面传播，在狭窄的基体区域引发局部塑性变形。这导致了相邻纤维尖端之间以及相邻微球相对极点之间的界面破坏，随后发生基体撕裂和纤维滑移。最终，延性裂纹生长到临界尺寸，引发向脆性断裂的转变，导致合成泡沫完全坍塌。

亮点

• 无论微球含量如何，基体失效都始于纤维尖端。
• 利用3D FEA在纤维尖端附近识别出微观应力热点。
• 在拉伸载荷下，纤维和微球的断裂概率较低。
• 破坏由基体孔隙形成、界面损伤和塑性流动驱动。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可应合理要求向通讯作者索取。