1.1引言

仿貝殼類復(fù)合材料在靜、動力方面表現(xiàn)優(yōu)異，但對其在動態(tài)荷載作用下的斷裂行為的研究卻不多見。所以研究其不同結(jié)構(gòu)形式對動態(tài)斷裂行為的影響是非常有必要和有意義的。本章受紅鮑魚殼體的“漿砌層合”微結(jié)構(gòu)啟發(fā)，如圖3-1通過建模軟件ABAQUS設(shè)計了不同結(jié)構(gòu)的漿砌層狀仿生復(fù)合材料，使用非線性有限元程序ABAQUS模擬了試樣在三點彎曲沖擊載荷下的動態(tài)斷裂行為，本文主要探討了硬質(zhì)材料長寬比、云母層數(shù)量對材料斷裂性能的影響。

圖4-1紅鮑魚殼體的“漿砌層狀”微結(jié)構(gòu)

1.2不同云母層數(shù)裂紋斷裂行為

本章研究了不同云母層數(shù)對斷裂行為的影響，對四個不同層數(shù)進行了數(shù)值模擬，不同層數(shù)的示意圖如圖4-2所示.分別控制云母片的層數(shù)為3，5，10，20。依次編號(a),(b),(c),(d)。邊界條件為保持試樣左右端固定，在試樣上方施加豎向均布荷載為100N，其余條件保持原有模型不發(fā)生改變，裂紋深度為5mm。

(a)云母片的數(shù)量為3層 (b)云母片的數(shù)量為5層

(c)云母片的數(shù)量為10層 (d)云母片的數(shù)量為20層

圖4-2不同云母片層數(shù)位置示意圖

1.2.1不同云母層數(shù)對應(yīng)力極值的影響

(a)云母片的數(shù)量為3層 (b)云母片的數(shù)量為5層

(c)云母片的數(shù)量為10層 (d)云母片的數(shù)量為20層

圖4-3 不同云母層數(shù)的應(yīng)力圖

圖4-3為3層，5層，10層，20層的Mises應(yīng)力圖，從圖中可以看出，當模型頂端施加100N的均布壓力時，不同層數(shù)模型的應(yīng)力分布是相似的，即為兩端大中間小。當分析每一層應(yīng)力云圖時發(fā)現(xiàn)上下兩側(cè)的應(yīng)力較大，中性層的應(yīng)力較小。并且可以很明顯的看出不同層數(shù)的模型有應(yīng)力滑移的趨勢，并且不同層數(shù)的模型隨著層數(shù)的增加應(yīng)力最大值逐漸減小。

表4-1 不同云母層數(shù)的應(yīng)力圖

				Mises應(yīng)力圖的數(shù)值模擬
	3層	5層	10層	20層
最大值	4255.826	2348.572	1210.901	717.874
最小值	31.186	22.012	10.146	4.896

圖4-4 應(yīng)力最小值折線圖

圖4-5 應(yīng)力最大值折線圖

隨著云母片層數(shù)的增加，應(yīng)力的極值逐漸減小，說明越不容易達到材料斷裂韌性的值，模型也就更不容易發(fā)生破壞。原因由于層數(shù)的增加，導(dǎo)致層與層之間的接觸滑移的接觸面數(shù)量增大，層間滑移是其核心的穩(wěn)定機制，是影響其模型性能的的核心要素之一，接觸滑移的接觸面數(shù)量增大就是它的韌性也會隨之增大，也就是抵抗破壞的能力，極大的提高了模型的韌性。

1.2.2不同云母層數(shù)對層間滑移的影響

(a)云母片的數(shù)量為3層 (b)云母片的數(shù)量為5層

(c)云母片的數(shù)量為10層 (d)云母片的數(shù)量為20層

圖4-6不同云母層數(shù)對層間滑移

圖4-7為3層，5層，10層，20層的水平方向的位移圖，從圖中可以看出，當模型頂端施加100N的均布壓力時，不同層數(shù)模型的層間滑移分布是相似的，并且隨著層數(shù)的增加層間滑移在增大。

表4-2 不同云母層數(shù)的模型數(shù)值

				水平位移的數(shù)值模擬
	3層	5層	10層	20層
最大值	4.923	2.589	1.225	0.586
最小值	-4.931	-2.591	-1.225	-0.587

圖4-8 位移最大值折線圖

圖4-8 位移最小值折線圖

隨著層數(shù)的增加，層與層之間水平滑移的數(shù)值越來越小，體現(xiàn)了層數(shù)的增加提高了模型的韌性，體現(xiàn)了其增韌機制的方法。原因由于層數(shù)的增加，導(dǎo)致層與層之間的接觸滑移的接觸面數(shù)量增大，層間滑移是其核心的穩(wěn)定機制，是影響其模型性能的的核心要素之一，所以隨著層數(shù)的增加，每一層承擔(dān)的水平滑移都在減小，整體模型的變形量也在減小，代表著模型韌性的提高，很好的驗證了其的增韌機制。

1.3本章小結(jié)

本章研究了不同云母層數(shù)對斷裂行為的影響，對四個不同層數(shù)進行了數(shù)值模擬，其他變量保持相同，左右兩端固定約束，上端施加100N的均布力，分析步控制為1s，分別改變云母片的層數(shù)為3層，5層，10層，20層，可以看出模型的變化趨勢保持一直，隨著層數(shù)的增加Mises應(yīng)力圖的最大值在逐漸減小，水平方向的位移也逐漸減小，變形趨勢逐漸不明顯。 可以看出隨著層數(shù)的增加模型的穩(wěn)定性逐漸增大，這體現(xiàn)了珍珠母的增韌機制，由于層數(shù)的增加，層與層之間的搭接數(shù)增多，是模型有更好的韌性，韌性主要集中在文石片層橋接方面，由此可知，層數(shù)的增多可以有效的材料的韌性。