考虑纤维波纹度的单向复合材料代表性体积元生成算法

XIE Chenyang, HUANG Jiao,XIAO Guangming,ZHANG Xianjie,WANG Junbiao,LI Yujun

Jixie Gongcheng Xuebao/Chinese Journal of Mechanical Engineering（2024）

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摘要

提出一种单向纤维增强复合材料(Unidirectional fiber reinforced polymer,UD-FRP)周期性高保真代表性体积元(Representative volume element,RVE)的创建算法.首先基于随机游走算法,采用贝塞尔(Bézier)曲线表征纤维形态,使曲线各控制点处的切线方向的统计分布服从多变量冯·米塞斯-费歇尔(Von-MISES FISCHER)函数,创建出初步的软核模型.进而基于力偏置算法,在保证RVE内部纤维不产生过度扭曲的前提下,调整纤维间的重叠,创建出对应的硬核模型.调整过程中,通过引入三维近邻列表算法,大幅提高算法效率.最后对所创建的含有纤维波纹度特征的RVE模型进行了横向剪切渐进损伤分析,用以揭示该方法的研究价值及应用领域.结果表明,该方法能够快速有效地创建不同尺寸及纤维波纹度的RVE几何构型,这种含有波纹度特征的纤维构型会对UD-FRP的横向剪切性能产生一定影响,纤维波纹度越大,UD-FRP的横向剪切强度越大.

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关键词

unidirectional fiber reinforced composites,fiber misalignment,the random walk based stochastic modeling,periodic boundary conditions,near-neighbor list algorithm,the force-biased algorithm,transverse shear

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