Micromechanics-based multiscale progressive failure simulation of 3D woven composites under compressive loading with minimal material parameters

微观力学 材料科学 介观物理学 复合材料 韧性 压缩(物理) 多尺度建模 基质(化学分析) 子程序 断裂(地质) 断裂韧性 复合数 计算机科学 计算化学 物理 操作系统 化学 量子力学
作者
Tao Zheng,Licheng Guo,Rinze Benedictus,John-Alan Pascoe
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier BV]
卷期号:219: 109227-109227 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2021.109227
摘要

A novel micromechanics-based multiscale progressive damage model, employing minimal material parameters, is proposed in this paper to simulate the compressive failure behaviours of 3D woven composites (3DWC). The highly realistic constructions of microscopic and mesoscopic representative volume cells are accomplished, and a set of strain amplification factor is employed to bridge the meso-scale and micro-scale numerical calculations. Considering that the multiple failure mechanisms of 3DWC under compression are all caused by the matrix failure from the microscopic perspective, a new method incorporating the micromechanics of failure (MMF) theory and 3D kinking model is developed to identify the micro matrix failure associated with the kinking of yarns, inter-fiber fracture and pure matrix failure. As a result, only the matrix parameters are required for the failure simulation of 3DWC, eliminating the necessity of using other material parameters such as the fracture toughness and failure strengths of fiber yarns, which are generally difficult to accurately obtain through experiments. The newly proposed damage model is numerically integrated into ABAQUS with a user-defined subroutine UMAT. The numerical predictions and the experimental results exhibit good agreement, verifying the feasibility and accuracy of the novel damage model.
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