《表1 细观组分的材料参数》

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《随机短纤维增强复合材料弹性性能数值模拟》

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本文分别建立了体积分数为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%，纤维长度平均值为100um，纤维直径为7.5um，随机分布SFRP的RVE模型。细观组分的材料常数如表1所示。图4为对单胞模型施加了宏观应变ε11=0.01下，RVE模型Z方向两个平行相对面的应力分布图。可以发现施加了一般性周期性边界条件能够满足应变协调和应力连续的条件。尽管利用RVE方法计算出来的等效弹性常数在三个方向上略有差异，但因为短纤是随机分布与单胞模型中，无论是空间位置还是纤维的偏向角都具有随机性。所以SFRP单胞模型可以近似为均匀各向同性材料。在这里将三个方向的弹性常数取平均，以平均值作为SFRP的等效弹性常数。将RVE计算的结果与Halpin-Tsai方程计算的结果进行对比，其结果如图5所示。从图中可以看出两者计算的结果较为接近。随着体积分数的增加，弹性模量呈线性上升，而且两者预测的误差也逐渐减小，从最大误差2.69%减小为1.03%。这是因为随着体积分数的增加，单胞中含有的短纤数量增加，计算的结果更具有代表性。因此基于本文给出的一般性周期性边界条件的设置方法预测SFRP的等效弹性常数有足够的精度。