基于三层代表性体积元（RVE）的天然纤维复合材料弹性与强度分析的均质化方法

《Journal of Composite Materials》：Three-layer RVE-based homogenization approach for elasticity and strength analysis of natural fiber composites

　　

摘要

天然纤维复合材料（NFCs）广泛应用于轻量化结构，但其异质性多层结构使得强度预测变得复杂，需要通过多尺度均匀化方法将微观和宏观行为联系起来。本研究提出了一种数学方法，利用均匀化理论将微观变量整合到宏观分析中，以解决天然纤维复合材料的弹性问题。对亚麻纤维增强环氧复合材料的有效三层代表性体积元（RVE）进行了微观力学应力分析，以评估复合材料性能，并利用均匀化强度准则确定峰值允许变形。六种边界条件包括沿 x、y 和 z 轴的单向位移、面内位移以及在正交平面内的弯曲——所得最大纤维应力范围为61.94至618.66 MPa。研究强调了九层NFC板中的边界层效应，揭示了边界层比单个结构层更薄，且板材表面的行为与均质复合材料存在显著差异。三层RVE模型能够准确捕捉多层复合材料的行为，在减少计算复杂性的同时，提供了局部应力-应变分布的详细洞察。进一步的分析通过在不同边界条件下将中间层纤维取向从30°变至90°，针对亚麻、椰子壳纤维、菠萝叶纤维和大麻纤维复合材料进行了研究。结果表明，取向在45°至60°之间的亚麻纤维复合材料，特别是45°取向在 x 轴位移载荷下的配置，与其他构型相比表现出更优越的力学强度。

获取本文完整访问权限

查看本文的所有访问和购买选项。

获取访问权限