聚合物粘结颗粒复合材料PI/SiO2宏细观力学行为的离散元分析

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聚合物粘结颗粒增强复合材料作为一类重要结构和功能复合材料,在机械、建筑、航天航空、国防和电子电器等领域都有广泛的应用。这类材料具有较强的粘弹性和大变形能力,采用传统的有限元方法预测这类材料的大变形破坏及界面失效行为时存在诸多困难,如界面脱粘的模拟、孔洞的扩展等。本文利用基于离散单元法的二维颗粒流程序PFC2D对一种典型的聚合物颗粒增强复合材料PI/SiO2进行了蠕变变形模拟,应力应变分析,界面脱粘过程模拟等工作。首先,采用二维离散单元软件PFC2D对聚合物基颗粒增强复合材料PI/SiO2的变形进行数值模拟。聚合物基体区域采用规则六方排列的单元进行离散,离散单元间采用Burger’s连接元模型表征基体材料的粘弹性特征,通过理论分析建立基体材料连接元参数与宏观材料参数之间的关系,确定出基体材料的Burger’s连接元模型参数,然后在基体模型中引入随机分布的刚性填充颗粒,建立聚合物基颗粒增强复合材料离散元模型。其次,编写基于FISH语言的离散单元数值程序,在PFC2D中生成不同颗粒填充率的DEM模型,对其在拉伸载荷坐下的应力应变进行分析,得到其蠕变曲线,应力时程曲线,应变率时程曲线,应力应变曲线,应力应变云图等,并分析不同颗粒填充率对模拟结果的影响。最后,编写裂纹动态监测FISH代码,建立一种典型的DEM模型,给定颗粒单元间以一定的连接强度,模拟观察模型在不同载荷作用下,在产生大变形时,基体破坏、界面裂纹产生及扩展、界面失效破坏的动态过程,画出裂纹数量随时间的变化曲线,分析材料在发生大变形时破坏的微观机制,为聚合物粘结颗粒复合材料的大变形分析提供理论指导。
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