考虑纤维/基体界面相的复合材料湿扩散模型

周灿; 周储伟; 何乾强

考虑纤维/基体界面相的复合材料湿扩散模型

南京航空航天大学航空宇航学院机械结构力学及控制国家重点试验室, 南京 210016

基金项目: 国家自然科学基金（11272147，10772078）；南京航空航天大学研究生创新基地（实验室）开放基金（kfjj130101）；中央高校基本科研业务费；航空科学基金（2013ZF52074）；机械结构力学及控制国家重点实验室开放基金（IZD13001-1353）；江苏省高校优势学科建设工程项目

详细信息

通讯作者:
周储伟，博士，教授，博士生导师，研究方向为计算力学、复合材料力学、细观力学、结构强度。E-mail：zcw@nuaa.edu.cn

中图分类号: TB332
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出版历程
- 收稿日期: 2013-07-22
- 刊出日期: 2014-08-14

Moisture diffusion model of composites considering fiber/matrix inter phase

State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures, College of Aerospace Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China

摘要

摘要: 通过类比复合材料湿扩散与热传导的控制方程以及边界条件，以Halpin & Tsai模型为基础，发展了一个考虑了纤维/基体界面相的三相复合材料湿扩散模型，并研究了纤维界面随机损伤对湿扩散的影响。建立了纤维周期排布、随机排布、界面相损伤随机分布3种细观有限元模型。用上述模型分析了单向复合材料横向有效湿扩散系数（TEMDUC）随纤维和界面相体积分数、湿扩散性能以及界面相损伤率变化的规律，理论预测与有限元计算结果一致。研究发现：界面相或纤维相的扩散系数存在一个临界值，当扩散系数小于该临界值时，TEMDUC随纤维体积分数的增大而减小；反之，TEMDUC随纤维体积分数的增大而增大，此临界值的大小与纤维体积含量无关。研究还发现纤维界面损伤率相同的条件下，其分布的随机性对复合材料的有效湿扩散系数影响不大。
- 复合材料 /
- 有效湿扩散系数 /
- 界面相损伤 /
- 随机 /
- 概率密度
Abstract: A three-phase moisture diffusion approach of composites was developed based upon the Halpin & Tsais model by analogizing the governing equations and boundary conditions of moisture diffusion and heat conduction. In this approach, the moisture diffusion effect of fiber/matrix inter-phase was taken into account. Three types of micro-scale FE models, i.e. hexagonally, randomly packed fibers and randomly distributed inter-phase damage, were built to valid the theoretical model. The predictions from theoretical approach and FE models are in good agreements under the conditions of various volume fractions, diffusivities of fiber and inter-phase as well as randomness of inter-phase damage. Critical inter-phase and fiber moisture diffusivities, independent on fiber volume fraction, are found in this study. When the inter-phase or fiber diffusivity is less than the critical value, the transverse effective moisture diffusivity of unidirectional composite(TEMDUC) will decrease with the increase of fiber volume fraction. On the contrary, the trend is opposite. Also, the fluctuation range of composites' effective moisture diffusivities is found narrow with the change of inter-phase damage distribution if the damage ratio has been given.
- composites /
- effective moisture diffusivity /
- damage of inter-phase /
- random /
- probability density

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施引文献(30)

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