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聚甲醛/碳酸钙复合材料拉伸载荷理论基础

2014-4-24    来源：正航仪器    作者：正航网络  阅读：次

 

 

聚甲醛/碳酸钙复合材料拉伸载荷下界面应力的数值模拟碳酸钙（CaCO3）填充可提高聚合物材料的刚性和降低成本，在一定的条件下还可改善冲击韧性。对于聚合物其复合材料，其力学性能在很大程度上取决于界面（如粘合、结构形态和应力分布等）。

所以，研究在受载荷下材料内部应力及其分布，有助于加深对其增强和增韧机理和破坏机理的认识。应力分析是有限元方法较常见的一个应用领域。本工作拟应用有限元方法对POM/CaCO3复合材料拉伸载荷下界面应力分布进行二维数值模拟，考察复合材料单元中相邻碳酸钙粒子之间的相互作用对界面处应力及其分布的影响。

一、基本假设

理论分析基于下列假定：（1）碳酸钙粒子在POM树脂基体中的分布是均匀的，且为简立方分布；（2）由于碳酸钙的粒径很小，可近似视为球形，且两个粒子的直径相同。

 

 

 

现考察碳酸钙粒子的体积分数为10%的POM/CaCO3复合材料在拉伸载荷（F）作用下的情形。根据上述假定，取中央仅含有一个球形碳酸钙粒子的正方形单元体，上下两端受简单拉伸作用，其物理模型如图4-1所示。

二、ANSYS软件

ANSYS软件在分析力学能力方面拥有公认的强大的分析能力，能有效、准确的分析处理复杂的力学性能。本工作中，使用ANSYS软件模拟POM/CaCO3复合材料在拉伸载荷下界面应力分布。

三、网格划分

根据填料的体积分数算出在一个单元内粒子与单元的面积比，从而算出单元的边长。将粒子的半径及单元的边长输入到软件中去，然后采用智能自动划分网格，单元类型为二维实体PLANE82，8节点四边形单元。单元类型即建立模型后划分网格使用的划分方式，8节点单元类型是针对实体单元类型，为自动网格划分提供了更准确的求解结果，并能承受不规则形状而不会产生任何精度上的损失。划分结果如图4-2所示。

四、物性参数

材料的物性参数主要为弹性模量和泊松比。材料1是POM树脂基体，连续相，弹性模量为1.5GP，泊松比为0.35；材料2是碳酸钙粒子，分散相，弹性模量为48GP，泊松比为0.2。

五、模型加载

对模型施加初始条件，先在底面施加Y方向的约束，然后在顶面施加拉伸载荷1kN。http://www.zhenghangsy.com

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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