《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》：A methodology for predicting anisotropic mechanical behavior of injection molded DFRP composites based on fiber orientation and homogenization
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李合承（Haksung Lee）|崔万权（Man Kwon Choi）|赵英?（Young Seok Cho）|闵周元（Juwon Min）|姜基源（Ki-weon Kang）|金秉珠（Byung-Joo Kim）摘要不连续纤维增强塑料复合材料的力学性能受流动诱导的纤维取向影响显
李合承（Haksung Lee）|崔万权（Man Kwon Choi）|赵英?（Young Seok Cho）|闵周元（Juwon Min）|姜基源（Ki-weon Kang）|金秉珠（Byung-Joo Kim）
摘要
不连续纤维增强塑料复合材料的力学性能受流动诱导的纤维取向影响显著，从而导致材料各向异性的空间变化。尽管已有类似的多尺度研究方法，但本研究建立了一个过程集成框架，该框架直接将基于微观CT的微观结构表征、通过流动模拟得到的纤维取向场以及基于FFT的均质化方法结合起来，用于预测注塑成型玻璃纤维增强聚酰胺66复合材料的宏观各向异性力学性能。通过微观CT分析量化了纤维取向、纤维长度和纤维体积分数。结果表明，高度取向区域与中等分散区域之间存在明显差异：纤维取向和纤维长度随厚度变化明显，而纤维体积分数基本保持恒定，约为32%。在纤维取向强烈的区域，平均纤维长度约为0.19毫米；而在纤维分散程度较高的区域，平均纤维长度约为0.23毫米。基于测量到的纤维取向状态，利用RVE（Random Vector Elements，随机向量元素）模型进行基于FFT的均质化处理，以确定材料的各向异性有效力学性能。纤维取向强烈的区域沿流动方向的刚度较高，而纤维分散程度较高的区域则表现出相对平衡的力学性能。将均质化后的材料力学性能通过流动模拟得到的取向场映射到有限元模型中。与实验结果对比表明，该数值模型能够准确预测0°加载方向下的拉伸响应，拉伸强度预测误差约为0.37%。相比之下，在45°和90°加载方向上，由于纤维取向分散加剧以及基体在偏轴和横向加载条件下的主导变形行为，预测结果与实验结果存在较大偏差。所提出的框架为预测注塑成型复合材料的各向异性力学性能提供了一种实用的方法。
