短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料剛度系數(shù)預(yù)測(cè)

       復(fù)合材料由于具有常規(guī)材料不可比擬的許多優(yōu)異性能，已經(jīng)在很多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，其中，最顯著的優(yōu)點(diǎn)——在一定范圍內(nèi)的可設(shè)計(jì)性，更使它成為材料科學(xué)研究的重點(diǎn)，針對(duì)復(fù)合材料的這種可設(shè)計(jì)性，即在微觀組織結(jié)構(gòu)與材料性能之間具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系的特性‘1'2]，研究人員可根據(jù)實(shí)際需要，建立適當(dāng)?shù)募?xì)觀力學(xué)模型，開發(fā)設(shè)計(jì)軟件，通過選擇基體材料、增強(qiáng)相材料的類型、增強(qiáng)相材料的體積份額、增強(qiáng)相材料在基體中的分布方式以及基體材料與增強(qiáng)相材料間的界面性質(zhì)等因素，得到一個(gè)滿足指定性能要求的復(fù)合材料樣品．在復(fù)合材料的各種性能中，有效剛度系數(shù)作為表征復(fù)合材料力學(xué)性能的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)有著重要的影響，但目前國(guó)內(nèi)尚缺乏依據(jù)復(fù)合材料微觀組織結(jié)構(gòu)的模擬來預(yù)測(cè)材料性能的研究工作．基于這一現(xiàn)狀，本文運(yùn)用已開發(fā)軟件，模擬了復(fù)合材料的虛擬微觀組織結(jié)構(gòu)，預(yù)測(cè)了復(fù)合材料剛度系數(shù)，并運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，探尋復(fù)合材料微觀組織結(jié)構(gòu)與其剛度系數(shù)之間存在的、材料本身固有的內(nèi)在聯(lián)系，用于指導(dǎo)復(fù)合材料微觀組織的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，最終達(dá)到預(yù)測(cè)復(fù)合材料設(shè)計(jì)方向、縮短設(shè)計(jì)周
期、降低開發(fā)成本的目的，實(shí)現(xiàn)“性能導(dǎo)向型”的微觀組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)．

    本文研究的材料樣品是用已開發(fā)的軟件模擬構(gòu)筑的以稀疏模式分布的短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料．在一個(gè)給定的方形域內(nèi)，由兩維Possion隨機(jī)過程生成的、任意分布的泊松點(diǎn)產(chǎn)生大量形核，在生成的形核的基礎(chǔ)上，用Voronoi晶粒來模擬多晶體集合．樣品中的短纖維被模擬成一個(gè)給定長(zhǎng)度和直徑范圍、取向任意的橢球體．在模擬中，通過控制短纖維的體積
份額及相鄰短纖維之間的距離來確保短纖維構(gòu)成稀疏型分布．最終模擬形成了一個(gè)由相當(dāng)數(shù)量的Voronoi晶粒和短纖維構(gòu)成、受機(jī)械載荷作用的復(fù)合材料樣品微觀組織結(jié)構(gòu)。

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