7.1.6.1　双轴向经编复合材料拉伸有限元模拟

图7-16显示了两轴向经编复合材料沿0°方向应变分别为1%、4%、6%的应力云图，图7-17显示了经纬纱系统沿0°方向应变分别为1%、4%、6%的应力云图。图7-18显示了应变为8%时的断裂损伤裂纹分布图。其中图像左上角数值显示了应力张量，单位为N/cm3。

从图7-16和图7-17中可以看出，与0°方向以及90°方向纱线相比，基体受的力很小，在整个过程中几乎在弹性阶段。同时可以看出，当沿0°方向拉伸时，拉力主要由沿0°方向的纱线承担，与拉力方向垂直的90°方向纱线以及基体受力均比较小。观察图7-18断裂损伤裂纹分布图，其中深色表示断裂损伤最严重，从图可以看出，断裂主要发生在与作用力方向相平行的沿0°方向纱线上，沿90°方向纱线和基体几乎不出现断裂。由于横向纬纱和基体的作用，复合材料的断裂由多条裂纹引起，裂纹并没有贯通整个截面，而是间隔分散布置，这主要是由于各材料力学性能不同所致。

图7-19显示了两轴向经编复合材料沿90°方向应变分别为1%、3%、5%的应力云图，图7-20显示了经纬纱系统沿90°方向应变分别为1%、3%、5%的应力云图，图7-21显示了应变为5%时的断裂损伤裂纹分布图。

图7-16　不同应变下复合材料沿0°方向拉伸应力云图

图7-17　不同应变下经纬纱系统沿0°方向拉伸应力云图

观察图7-19和图7-20可知，当沿90°方向拉伸时，拉力主要由90°方向的纱线承担，并且与拉力方向垂直的0°方向纱线以及基体受力较小。由于沿0°方向的纱线（2400tex）比沿90°方向的纱线（1500tex）线密度大，因此，从应力云图中可以看出沿0°方向拉伸的应力张量比沿90°方向拉伸的应力张量大。观察图7-21断裂损伤裂纹分布图可知，断裂主要发生在与作用力方向相平行的沿90°方向的纱线，沿0°方向的纱线和基体几乎不出现断裂。

图7-18　应变为8%时断裂损伤裂纹分布图

图7-19　不同应变下复合材料沿90°方向拉伸应力云图

7.1.6.2　数据处理

经有限元模拟两轴向经编复合材料沿0°方向和沿90°方向的拉伸应力—应变如图7-22所示。

图7-22显示了双轴向经编复合材料应力—应变曲线呈线性趋势，沿0°方向的断裂应变为8%，断裂应力为1029.73 MPa；沿90°方向的断裂应变为5%，断裂应力为580.86 MPa。且由于沿0°方向排列纤维束细度大于沿90°方向排列纤维束细度，因此，沿0°方向的断裂应力大于沿90°方向的断裂应力。(www.daowen.com)

图7-20　不同应变下经纬纱系统沿90°方向拉伸应力云图

图7-21　应变为5%时的断裂损伤裂纹分布图

图7-22　有限元模拟沿不同方向应力—应变曲线图

将Abaqus中名义应力—应变曲线转换成真实应力—应变曲线过程，即—η曲线转换成σ—ε曲线。转换公式：

式中：σ为工程应力；η为工程应变；σ为真实应力；ε为真实应变。

沿不同方向的拉伸实验数据与模拟转换真实数据对比，分别见表7-5和表7-6。

表7-5　沿0°方向实验结果与有限元数值模拟结果

表7-6　沿90°方向实验结果与有限元数值模拟结果

由图7-23实验值与有限元模拟值之间的比较，可知应用有限元模拟计算出的复合材料应力值与实验值能很好地吻合，最大误差为5.77%。因此，建立的双轴向经编复合材料有限元模型有较高的精度，可以对复合材料进行细观数值模拟和计算。必要时候为了节省时间、物力和财力，可以用有限元模拟来代替实验。

图7-23　有限元模拟值与实验值应力—应变曲线对比