以微觀力學模型探討複合材料之動態非線性行為

Abstract

本研究目的在於探討以環氧樹脂為基材，碳纖維為增強材之複合材料受應變率影 響之非線性行為。在此，我們假設環氧樹脂為黏塑性材料，而碳纖維為對等向線彈性 材料。 先由萬能拉伸試驗機完成環氧樹脂於10-4、10-2 及1/s 應變率下的壓縮試驗後， 我們將從三個黏塑性本構模型中，依據實驗所得到的應力應變曲線，選用一個最適當 者來描述環氧樹脂在不同應變率下之機械行為。這三個黏塑性模式分別為Three Parameters Model、Over Stress Model 以及Johnson-Cook Model。 隨著已知的環氧樹脂與碳纖維之材料性質，複合材料整體的本構關係將以微觀力 學方式來建立。在此，我們採用兩種微觀力學模式來描述複合材料的本構關係，分別 是Square Fiber Model 以及Generalized Method of Cells。在這兩個模式之下，代表複合 材料應力應變關係的本構方程式將由增量的方式來表示。此外，在本構方程式中，也 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與其排列方式。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.700/s 應 變率範圍下作壓縮實驗。在這些試驗中，低於1/s 應變率的測試將由萬能拉伸試驗機執 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。所有的實驗數據與微 觀力學模擬將作有系統地比較並討論其結果。