含二次纳米板增强的多尺度复合材料疲劳:三维计算分析

对二次纳米粘土增强的多尺度纤维增强聚合物复合材料的疲劳损伤进行了三维数值模拟。利用Python软件自动生成多尺度复合材料的宏微观有限元模型。在数值实验中研究了纳米粘土增强剂(定位于纤维/基体界面(纤维上浆)并分布在整个基体)对裂纹路径、损伤机制和疲劳行为的影响。研究发现，与分散在基体中的纳米增强相比，在纤维上浆中添加二级纳米增强的复合材料具有更高的使用寿命和抗损伤性能。纳米颗粒的裂纹桥接主要出现在随机取向的纳米板和团簇中，而裂纹路径偏差在纳米板排列的复合材料中最强。与插层/簇状和随机取向纳米增强相比，剥离纳米增强和排列纳米板的多尺度复合材料具有更好的抗疲劳性能。