以微觀力學模型探討複合材料之動態非線性行為 (II)

Abstract

本研究目的在於利用微觀力學的方法，探討碳纖維/環氧樹脂複合材料在不同應變率下之非線性行為。 此複合材料由兩種成分所組成，一種是環氧樹脂，另外一種則是碳纖維。 我們假設環氧樹脂材料呈現的是彈性/黏塑性行為; 而碳纖維方面則是彈性且均質的材料。 基本上這是一個兩年期計畫。 在第一年，我們藉由三種不同應變率, 10-4，10-2及1/杪, 的單向壓縮試驗，得知環氧樹脂在不同應變率下之應力與應變曲線; 並利用three parameter viscoplasticity model的黏塑性本構模型，模擬環氧樹脂隨應變率相關之機械行為。 目前研究仍持續進行，已有一些初步的結果證明，應變率的確會對環氧樹脂的變形造成影響。 整體來說，當應變率提升時，環氧樹脂的剛性也相對地增加。 在第二年的計畫，我們將利用微觀力學模式的分析與複合材料相關成分特性，來描述碳纖維/環氧樹脂複合材料的本構關係。 兩個以微觀力學為基礎的模式—Generalized Method of Cells(GMC)以及Square Fiber Model將分別用來模擬複合材料的機械行為。在微觀力學分析之下，複合材料的本構方程式將包含環氧樹脂與碳纖維之材料性質以及碳纖維的體積百分比及其在環氧樹脂中的排列方式。 藉由數值運算，將可模擬出不同應變率下複合材料之應力應變曲線。 為了驗證微觀力學模擬之結果，我們利用偏軸之複合材料試片在10-4/s至700/s為應變率範圍下進行壓縮試驗。在這些試驗當中，應變率低於1/s的試驗將由液壓式萬能拉伸試驗機執行，而較高應變率的試驗則利用分離式霍普金森壓力桿來完成。 所有試驗結果與微觀力學模擬將作有系統地比較並討論其結果。