在平面载荷作用下，对平纹编织碳纤维增强塑料（CFRP）的压皱效应及韧性失效机制的介观尺度研究

《Polymer Composites》：Mesoscale Investigation of Crimping Effects and Ductile Failure Mechanisms in Plain-Woven CFRP Under In-Plane Loads

多尺度建模方法揭示平纹CFRP非线性响应机制及其主导因素

　　

摘要

平纹编织的碳纤维增强塑料（PW-CFRP）表现出复杂的非线性行为，例如在轴向载荷下的卷曲效应和剪切下的延性失效；然而，其背后的机制仍然知之甚少，精确的多尺度模型也非常匮乏。本研究提出了一种介观尺度建模框架，该框架结合了弹塑性损伤矩阵模型、适用于纱线模型的3D Hashin型失效准则以及渐进损伤规则，并采用双线性粘聚界面模型，从而能够准确预测这些非线性的拉伸和剪切响应。通过数字图像相关性分析、体视显微镜观察和扫描电子显微镜检测验证了该框架的可靠性。研究结果表明，纱线的伸直和基体的塑性驱动了卷曲效应，而基体的流动以及纤维与基体之间的相互作用则决定了剪切过程中的延性失效。对比分析显示，该框架在捕捉基体驱动的非线性行为方面优于现有模型，并有效弥合了实验观察结果与介观尺度模拟之间的差距。

图形摘要

对平纹编织CFRP的非线性行为进行了实验和数值研究。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。