长纤维复合材料的纤维翘曲模型

在使用长纤维复合材料执行纤维取向分析已实现后,用来计算纤维翘曲的选项。

所实现的纤维翘曲模型首先由 Phelps 和 Tucker [1] 作为一种统计模型提出,用来描述由于流动场中的挫曲和剪切力而导致纤维断开的概率。

对于单个纤维,在液体动力下断开的概率可表示为:

其中,力比是液体动力压缩力(根据 Dinh 和 Armstrong [2] 的描述)与重要的挫曲力的比值,例如:

其中 分别是变形速率张量和纤维取向张量。除了作为曳力因子的 以外,其他变量都是纤维和基体的属性。

由于纤维不能消失,也不能在流动场中生长,所以无论断开与否,都必须遵守守恒定律。此守恒定律可表示为:

其中 L 是初始纤维长度,N(l,t) 是在时间 t 时长度为 l 的纤维数量,P(l) 是纤维长度 l 的标量概率函数,R(l,l') 是断开以形成纤维长度 l' 的纤维长度 l 的概率函数(其中 l'它可以表示为高斯翘曲曲线,例如:

其中 是变量 L(具有平均值 l'/2 和标准偏差 Sl')的高斯正态概率密度函数。S 是无量纲调整参数,可用来控制高斯翘曲曲线的形状。

参考

  1. Phelps, J.H., Processing-microstructure Models for Short- and Long-fiber Thermoplastic Composites. Ph.D. thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign (2009).
  2. Dinh, S.M. and Armstrong, R.C., A Rheological Equation of State for Semi-Concentrated Fiber Suspensions. J. Rheol., 28(3):207-227 (1984).