短纤维增强复合材料刚度系数预测

       复合材料由于具有常规材料不可比拟的许多优异性能，已经在很多领域中得到了广泛的应用，其中，最显著的优点——在一定范围内的可设计性，更使它成为材料科学研究的重点，针对复合材料的这种可设计性，即在微观组织结构与材料性能之间具有一定的对应关系的特性‘1'2]，研究人员可根据实际需要，建立适当的细观力学模型，开发设计软件，通过选择基体材料、增强相材料的类型、增强相材料的体积份额、增强相材料在基体中的分布方式以及基体材料与增强相材料间的界面性质等因素，得到一个满足指定性能要求的复合材料样品．在复合材料的各种性能中，有效刚度系数作为表征复合材料力学性能的一个重要参数，对复合材料的设计与开发有着重要的影响，但目前国内尚缺乏依据复合材料微观组织结构的模拟来预测材料性能的研究工作．基于这一现状，本文运用已开发软件，模拟了复合材料的虚拟微观组织结构，预测了复合材料刚度系数，并运用数理统计方法，探寻复合材料微观组织结构与其刚度系数之间存在的、材料本身固有的内在联系，用于指导复合材料微观组织的结构设计工作，最终达到预测复合材料设计方向、缩短设计周
期、降低开发成本的目的，实现“性能导向型”的微观组织结构设计．

    本文研究的材料样品是用已开发的软件模拟构筑的以稀疏模式分布的短纤维增强复合材料．在一个给定的方形域内，由两维Possion随机过程生成的、任意分布的泊松点产生大量形核，在生成的形核的基础上，用Voronoi晶粒来模拟多晶体集合．样品中的短纤维被模拟成一个给定长度和直径范围、取向任意的椭球体．在模拟中，通过控制短纤维的体积
份额及相邻短纤维之间的距离来确保短纤维构成稀疏型分布．最终模拟形成了一个由相当数量的Voronoi晶粒和短纤维构成、受机械载荷作用的复合材料样品微观组织结构。

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