基于Ghosh提出的Voronoi單元有限元方法，構(gòu)造能同時反映纖維增強復(fù)合材料界面脫層和基體裂紋擴展的單元（X - VCFFM單元）；應(yīng)用界面力學(xué)理淪和斷裂力學(xué)理論，建立界面脫層、界面裂紋擴展方向和基體裂紋擴展的判斷準(zhǔn)則；結(jié)合網(wǎng)格重劃分技術(shù)，模擬分析了只含有一個夾雜時界面脫層和基體裂紋擴展的過程，并通過與傳統(tǒng)有限元計算結(jié)果的比較，驗證X- VCFEM單元的可靠性和有效性；同時，模擬分析含任意隨機分布夾雜的纖維增強復(fù)合材料界面脫層和基體裂紋的產(chǎn)生和擴展過程。結(jié)果表明：應(yīng)用該方法模擬復(fù)雜多相復(fù)合材料裂紋問題具有計算速度快和精度高的優(yōu)越性。

       近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合材料在一些重要的工業(yè)領(lǐng)域，如航空、汽車、軍事、核能和電子等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，正在逐步代替一些傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料。纖維增強復(fù)合材料之所以獲得廣泛的應(yīng)用，一方面得益于其許多優(yōu)良性能：(l)纖維增強復(fù)合材料可提高材料的剛度或比剛度的潛力；(2)增強體的加入，可以使以屈服應(yīng)力或極限應(yīng)力為代表的強度指標(biāo)大大提高；(3)增強體的存在，可以阻礙位錯滑移，從而改善抗蠕變性能。另一方面，纖維增強復(fù)合材料中，纖維的加入在提高材料力學(xué)性能的同時，也帶來了負面的影響：(l)夾雜的存在會降低材料的延展性、斷裂韌性，例如，短裂紋易于在平行于應(yīng)力方向的平面上促發(fā)；(2)夾雜的存在也加速了疲勞裂紋的形成和擴展，相應(yīng)地降低了疲勞壽命；(3)微結(jié)構(gòu)的存在還加速了孔隙的產(chǎn)生，從而降低材料的抗蠕變損傷的能力。造成以上這些不利后果的誘因是復(fù)合材料的界面脫層和基體裂紋的擴展。這些不利因素都限制了纖維增強復(fù)合材料更廣泛的應(yīng)用，它與夾雜形狀、體積、數(shù)量、夾角和分布等拓撲結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)。進一步了解夾雜拓撲結(jié)構(gòu)對復(fù)合材料界面脫層和基體裂紋擴展性能的影響規(guī)律，將對材料的制作工藝和工程應(yīng)用具有重要的參考價值。

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