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復合材料在承受彎曲載荷有限元分析

發布于:2023-06-11 19:16
有限元分析

      三維淺交彎聯機織復合材料在承受彎曲載荷有限元分析時,位于上壓頭垂直下方的復合材料彎曲應力最大,最大值為840.77MPa;彎曲應力最小處位于上下壓頭之間的復合材料表面,最小彎曲應力為530.99kPa。如圖所示,復合材料的彎曲應變情況與彎曲應力相似,彎曲應變較大的位置位于上下壓頭處,而壓頭之間的區域及復合材料試樣件兩端的區域較小。彎曲應變最大值位于下壓頭處的復合材料上,最大彎曲應變值為150.2um/mm;彎曲應變最小的位置位于復合材料兩段,數值為0.18um/mm。綜上所述,三維淺交彎聯機織復合材料在承受彎曲載荷作用時,三個壓頭的位置是承受彎曲載荷的主要位置,也是最容易發生破壞的位置;而三個壓頭之間的區域和復合材料彎曲試樣兩端的位置是承受彎曲載荷較小的位置不易發生破壞。
      約束條件:按照實際測試情況對復合材料彎曲試樣件及彎曲測試壓頭進行約束,對對稱的兩個下壓頭進行Fixed Support完全固定約束。彎曲試樣件設置Displacement強迫位移約束:復合材料的側面對x、y方向設為“0mm”,z方向設為“free”。
      施加位移載荷:三維淺交彎聯機織復合材料的彎曲測試屬于準靜態測試分析,在本實驗中進行位移載荷分析。對上壓頭與復合材料接觸的弧面設置Displacement強迫位移約束,其中x、y方向設為“0mm”,z方向設為“5mm”。
      三維淺交彎聯機織復合材料彎曲應力云圖及彎曲應變云圖如圖所示。
      由圖可知,三維淺交彎聯機織復合材料在承受彎曲載荷作用時,位于上壓頭垂直下方的復合材料彎曲應力最大,最大值為840.77MPa;彎曲應力最小處位于上下壓頭之間的復合材料表面,最小彎曲應力為530.99kPa。如圖所示,復合材料的彎曲應變情況與彎曲應力相似,彎曲應變較大的位置位于上下壓頭處,而壓頭之間的區域及復合材料試樣件兩端的區域較小。彎曲應變最大值位于下壓頭處的復合材料上,最大彎曲應變值為150.2um/mm;彎曲應變最小的位置位于復合材料兩段,數值為0.18um/mm。綜上所述,三維淺交彎聯機織復合材料在承受彎曲載荷作用時,三個壓頭的位置是承受彎曲載荷的主要位置,也是最容易發生破壞的位置;而三個壓頭之間的區域和復合材料彎曲試樣兩端的位置是承受彎曲載荷較小的位置不易發生破壞。
      將復合材料中的預制體和樹脂基體分離開,分別進行彎曲應力和彎曲應變的模擬,結果如圖所示。由圖分析可知,復合材料在承受彎曲載荷作用時纖維增強體承受載荷的主要作用,而樹脂基體承受相對較小的載荷。
      在圖中可以看出,纖維增強體在承受彎曲載荷時,最大應力點位于與上壓頭接觸的位置,最大應力為840.77MPa;最小應力點位于纖維增強體兩端下壓頭外側,最小應力值為2.5137MPa。而玻璃纖維的最大強度為1GPa,纖維增強體的最大應力并沒有達到玻璃纖維的最大強度,所以可以認為三維淺交彎聯機織復合材料在彎曲形變為5mm時玻璃纖維增強體并沒有發生破壞。
      在圖可以看出,樹脂基體在承受彎曲載荷時承受相對較小的彎曲載荷,其中最大應力點位于下壓頭附近,最大應力值為751.06MPa;最小應力點位于上下壓頭之間的區域,最小應力值為0.531MPa。

 

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