3DOWC拉伸测试中，由于材料组分和增强体结构的复杂性，易导致局部应力集中，发生树脂开裂、界面失效及纤维损伤等现象，通过采用FEA的方式模拟计算材料受载的应力分布与性能数据，验证该模型的有效性，为进一步探究未改性和改性3DOWC多种加载形式中的应力响应、损伤机理及增强其力学性能提供指导。

图7-48　网格划分

7.3.6.1　应力分布和损伤形态

为分析不同应力水平下材料的力学特性，模拟沿0°和90°方向不同应变下3DOWC应力分布如图7-49和图7-50所示。

图7-49　沿0°方向不同应变下3DOWC的应力分布

由图7-49和图7-50可知，基体树脂相对于增强体一直处于较弱应力水平，复合材料内主要的承载组分为增强体；二者相结合的多处曲面部位存在应力集中；0°拉伸方向纬纱和Z纱一直处于较弱的应力状态，经纱承担主要载荷；90°拉伸方向经纱和Z纱一直处于较弱的应力状态，纬纱承担主要载荷；增强体受载拉伸中会对基体树脂产生一定的挤压应力。

图7-51和图7-52所示分别为沿0°和90°拉伸方向3DOWC断裂损伤形态，结合应力分布与损伤形态可知，与拉伸方向同向的纱线由于承担主要载荷，损伤最为严重，与拉伸方向垂直的纱线附近主要由基体承担载荷，其纱线损伤较小，其中0°拉伸方向损伤主要集中于Z纱附近。0°和90°拉伸方向当应变分别达到2.14%和2.53%时，与拉伸方向垂直的纱线端面与树脂结合界面由于应力集中和达到破坏强度出现大量裂纹损伤，且损伤不断扩展；随着应变的不断增加，分别达到4.52%和6.54%时，基体树脂因损伤逐渐失效，与拉伸方向同向的纱线承担主要载荷；当应变分别为4.76%和7.28%时，与拉伸方向同向的纱线出现截面损伤；最终，由于纱线断裂和基体破坏，拉伸模型完全失效。

图7-50　沿90°方向不同应变下3DOWC的应力分布(www.daowen.com)

图7-51　0°方向最终损伤形态

图7-52　90°方向最终损伤形态

7.3.6.2　与实验值比较

分别沿0°和90°方向FEA模拟计算3DOWC的RVE拉伸测试中的力学性能变化，FEA模拟和实验测试应力—应变曲线如图7-53所示。由图7-53可知，FEA与试验测试应力—应变曲线总体趋势一致且对应数据点具有较高吻合度。由于在FEA模拟假设中，忽略了纱线间的接触，经、纬纱由于Z纱的捆绑作用而产生的少量屈曲，纤维与树脂间的界面参数及内部少量孔隙、杂质等因素的综合影响，FEA获得的拉伸曲线数值模拟结果均略高于试验测试值。3DOWC的FEA和实验测试力学性能对比见表7-15。

图7-53　0°和90°拉伸方向FEA模拟和实验测试应力—应变曲线

表7-15　 FEA和实验测试力学性能对比

由表7-15可知，由于FEA模拟计算过程中对3DOWC部分特性的简化假设，减少了部分该复合材料缺陷对整体性能的影响，导致模拟计算的断裂强度和弹性模量均略高于试验测试数据，对应数据点最大误差为90°方向断裂强度7.94%，整体误差相对较小，因此，构建的FEA模型具有较高的吻合度，能够有效模拟未改性3DOWC拉伸损伤过程，对其性能的预测较为准确，为进一步探究其多种准静态和动态力学性能、改性后3DOWC性能分析及指导风机叶片实际生产等应用领域提供必要支持。