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1、第32卷第8期上海交通大学学报Vol.32No.81998年8月JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYAug.1998*纤维增强复合材料横向剪切模量王人杰,徐浩(上海交通大学建筑工程与力学学院)摘要考虑界面层的影响对外方内圆模型采用边界无法计算了纤维增强复合材料沿材料2-、3-主方向的横向剪切模量Gsq(0°)和与2-、3-方向成45°方向的横向剪切模量Gsq(45°),同时还对六角形模型计算了与2-、3-主方向成45°方向的剪切模量Ghe(45°),得到了横向剪切模量随纤维体积含量Vf的变化规律.计算所得Gsq(
2、0°)要比Gsq(45°)低得多,这表明横向剪切模量也呈各向异性,但两者均在该横向剪切模量上下限的范围内,并且两种不同代表性计算单元计算得到的Gsq(45°)和Ghe(45°)是一致的.关键词复合材料;边界元法;剪切模量中图法分类号TB333TransverseShearModulusofFiber-ReinforcedCompositesWangRenjie,XuHaoSchoolofCivilandEngineeringMechanics,ShanghaiJiaotongUniversity,ChinaAbstractThetransvers
3、eshearmodulusGsq(0°),alongthe2-and3-principaldirectionsofsquare-arrayfiber-reinforcedcomposites,andbothGsq(45°)ofsquare-arrayandGhe(45°)ofhexagonal-array,alongthedirectionhaving45°anglewith2-and3-principaldirectionsarecalculatedbyusingabound-aryelementmethod.Inthesecalculatio
4、nstheinfluenceofinterphaseisconsidered.Fromtheobtainedvariationoftransverseshearmoduliwithvolumefractionoffiber,itcanbeseenthatGsq(0°)islowerthanGsq(45°).However,bothofthemareintheregionbetweentheupperandlowerlimitsdiscussedinthepreviousliteratures,andGsq(45°)andGhe(45°)arein
5、agreementwitheachother.Keywordscompositematerial;boundaryelementmethod;shearmodulus由增强纤维和基体的性能来计算纤维增强复合材料宏观横向有效剪切模量G23是复合材料细观力[1～5]学中广为关注的问题之一.许多学者对此问题进行了分析研究.本文先以文献[6]采用的外方内圆模型,考虑界面层的影响,用边界元法计算了玻璃纤维/环氧、碳纤维/环氧和碳纤维/铝3种复合材料沿2-、3-主方向的剪切模量Gsq(0°)以及与2-、3-方向成45°方向的剪切模量Gsq(45°).随后又对
6、文献[7]所采用的六角形模型计算了与2-、3-方向成45°方向的剪切模型Ghe(45°).1外方内圆模型在文献[6]中,采用外方内圆模型计算了理想界面(即不考虑界面层的物理和几何特性的影响)纤维增强复合材料的横向弹性模量E2、E3和泊松系数Lij(i≠j;i,j=1,2,3).参照文献[7]的分析来考虑界面层的影响,当取界面层厚度ti为纤维直径的5%时,对玻璃纤维/环氧计算得到的E2、E3和Lij与实测收稿日期:1997-01-22*国家自然科学基金资助项目(19232012)与上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室开放课题项目(96006)王
7、人杰:男,1938年生,副教授.邮编:20003098上海交通大学学报第32卷值吻合得相当好(见图1).结合文献[7]的计算结果,该玻璃纤维/环氧材料的界面层厚度约为纤维直径的5%～6%.对碳纤维/环氧,同样由计算E2、E3和Lij可得其界面层厚度约为纤维直径的1%～2%.图1非理想界面情况,玻璃纤维/环氧的E2、E3和Lij随Vf的变化曲线Fig.1E2,E3andLijofglassfiber/epoxyversusVfunderimperfectinterfacecondition采用如图2所示具有非理想界面的外方内圆模型作为计算单元来计算
8、材料的横向剪切模量,参照文献[6]的方案,图中直线边界离散化为10个二次单元,共21个节点;而圆弧界面边界均离散化为28个二次单元,共5
