Title
碳纤维/环氧树脂复合材料缠绕接头拉伸失效机制
Summary
通过试验及数值模拟对碳纤维/环氧树脂复合材料缠绕接头轴向拉伸失效机制进行研究。基于有限元软件 ABAQUS，通过连续介质损伤模型及内聚区模型，分别对缠绕接头各部件及界面进行模拟，编写用户自定义材料子程序（UMAT），建立材料的渐进损伤模型，终得到缠绕接头的应力分布和载荷-位移曲线，并与试验结果对比确定结构的失效机制。结果表明：有限元分析所得缠绕接头损伤部位及失效模式与试验吻合，失效载荷与试验值相差较小，证明了仿真分析方法的有效性。通过对比失效模式发现，拉伸载荷作用下，链环是主承力部件，其弧形端部是应力集中处，纤维断裂即从此处开始发生并向外扩展，导致链环断裂及整体结构破坏。
Research Objective
复合材料缠绕接头拉伸失效模式及损伤机制
Problem Statement
有限元模型的建立、拉伸实验的进行
Method(s)
拉伸试验、运用abaqus基于连续介质力学来建立模型，之前，CATIA建立实体，hypermesh划分网格，编写UMAT子程序evaluation
从试验所得应变-载荷曲线可以看出，对应位置处应变数据一致性较好，说明试验夹具设计的合理性，保证了缠绕接头试件的对心，从而也提高了试验结果的可靠性。由试验所得载荷-位移曲线可知，破坏载荷平均值为 41.07 k N，仿真计算所得结果 40.14 kN 与前者仅相差 2.26%，说明了所建立的渐进损伤有限元模型的有效性。
Conclusion
（1）次对碳纤维/环氧树脂复合材料缠绕接头试件在轴向拉伸载荷作用下的失效机制进行试验研究，自行设计了专用夹具满足试验要求。
（2）采用有限元基于abaqus编写umat子程序编制了复合材料失效判据及失效扩展方法，结合内聚区模型，建立了相应的渐进损伤有限元模型，得到载荷位移曲线、应力分布情况及损伤过程。
（3）计算所得破坏载荷与试验值平均值相差较小，仿真计算的应变与试验相差较小，仿真的损伤部位与实际吻合。分析发现，缠绕接头拉伸下先后发生胶层损伤和链环损伤，随着内衬环-中间件界面胶层的损伤扩展，链环逐渐成为主要承力部件，链环弧形端部成为应力集中区域，此处由内而外的纤维拉伸断裂损伤造成了接头结构终破坏。本文方法可有效预测拉伸损伤失效模式。
Notes
[1]郭丽君，陆方舟，李想等. 碳纤维/环氧树脂复合材料缠绕接头拉伸失效机制[J].复合材料学报.2020.
