Continuum damage mechanics-based finite-volume homogenization of unidirectional elastoplastic fiber-reinforced composites

微观力学 材料科学 均质化(气候) 复合材料 刚度 非线性系统 极限抗拉强度 横截面 单调函数 机械 结构工程 复合数 数学 数学分析 物理 生物多样性 工程类 生物 量子力学 生态学
作者
Wenqiong Tu,Shuaijun Wang,Qiang Chen
出处
期刊:International Journal of Damage Mechanics [SAGE Publishing]
卷期号:32 (4): 549-578 被引量:2
标识
DOI:10.1177/10567895221146239
摘要

The Finite-Volume Direct Averaging Micromechanics (FVDAM) method has been further extended to predict nonlinear behaviors of unidirectional boron/aluminum (B/Al) composites, induced by plastic deformation and ductile damage for the first time. The latter is considered by gradual stiffness degradation via the continuum damage mechanics (CDM) model. The convergence of homogenized and local response generated by the new FVDAM damage framework has been demonstrated by considering the hexagonal and square repeating unit cells (RUC) with different mesh discretizations under transverse tensile, transverse shear and axial shear loading paths. Then, the reliability of the developed approach to predict the nonlinear response of B/Al composites has been verified extensively vis-à-vis the experimental response available in the literature, under monotonic loading path with various off-axis angles. To accurately capture the experimental response, an RUC with actual microstructure characterized by a random fiber distribution is constructed and utilized in the numerical simulations. In addition, the developed model is also applied to predict the cyclic response of B/Al composites with different off-axis angles in further support of the theory’s potential to capture the macroscopic behaviors of B/Al composites under complex loading conditions.

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