Revealing the failure mechanism of 2D triaxially braided composites under off-axial tension through mesoscale simulations

材料科学 复合材料 中尺度气象学 张力(地质) 失效机理 机制(生物学) 极限抗拉强度 气候学 认识论 地质学 哲学
作者
Yinglong Cai,Zhenqiang Zhao,Peng Liu,Jun Xing,Chao Zhang
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier BV]
卷期号:257: 110838-110838 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2024.110838
摘要

The external load angle is known to have a significant influence on the mechanical behavior of two-dimensional triaxially braided composites (2DTBCs). However, the experimental data for 2DTBCs under off-axial loading provide limited information for understanding the failure mechanisms. In this study, a comprehensive mesoscale finite element (FE) model for simulating 2DTBC specimens was established to evaluate the mechanical responses and damage characteristics when off-axial tensile loads are applied. The FE model effectively captured the mechanical response at five distinct angles (0°, 30°, 45°, 60°, and 90°) and revealed the evolving patterns of failure behavior, damage morphology, and out-of-plane deformation mechanisms corresponding to the different loading angles. The findings indicate that, when the external load aligns with the axial fiber bundle direction, the primary failure mechanism involves the fracture of load-bearing fiber bundles. In contrast, deviations from the axial loading direction resulted in failure that was primarily due to the undulation of the bias fiber bundles, resulting in a loading angle–dependent warping at the edge of the specimen due to local shear stress concentration. The findings of this study provide valuable insights that can inform the design of structures with improved application.
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