ECC纖維塑性增強
關注創(chuàng)建者：兮楓如秋 創(chuàng)建時間：2020-08-25
ECC纖維塑性增強的實例教程
模型中包含隨機纖維生成、CDP參數生成、以及抗震循環(huán)荷載的加載與梁端滯回曲線的提取。
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應變硬化水泥基復合材料（SHCC）是一種高性能纖維增強水泥基復合材料，呈現多裂紋開裂機制與高延性，極限拉伸應變可達3%~8%，裂紋平均寬度約為60 μm。近年來，SHCC/ECC的理論研究以及工程應用不斷增加，尤其是在其優(yōu)越的拉伸性能和在抗震結構中的應用。如俞可權等將PE纖維配置了超高性能工程水泥復合材料，其抗壓強度約為120 MPa，抗拉強度高達12 MPa，拉伸應變能力超過8％。本貼介紹纖維增強混凝土（SHCC/ECC/FRC）的損傷塑性模型，分為四個部分，首先介紹真實應力和真實應變的轉換，然后介紹SHCC/ECC/FRC的應力-應變關系，再介紹SHCC/ECC/FRC的損傷塑性模型，最后進行四點彎曲梁的累加循環(huán)仿真計算。
1. ABAQUS中真實應力與真實應變
ABAQUS中必須用真實應力和真實應變來定義塑性。而大多數實驗（單軸拉伸、單軸壓縮等）得到的是名義應力和名義應變。故必須將實驗得到的名義應力和名義應變轉換為真實應力和真實應變，從而得到ABAQUS中需要的材料參數。
考慮塑性變形的不可壓縮性，真實應力與名義應力間的關系:
得到：
令
可以得到真實應力與名義應力、名義應變的關系：
真實應變與名義應變的關系：
2. SHCC/ECC/FRC的應力-應變關系
SHCC/ECC在單軸拉伸時呈現應變硬化現象，其簡化的本構關系較為常見的有兩種：理想彈塑性模型和線性強化彈塑性模型。在本帖中，采用線性強化彈塑性模型。
展開 來源：SAMPE
作者：姚志佳
一、概述
連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料由于其輕質、高剛度、高韌性等特性，在汽車工業(yè)，航空航天，軍工，電子等諸多領域已經廣泛的應用。連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料（CFRTP）是以連續(xù)纖維作為增強材料，以熱塑性樹脂為基體，通過將熱塑性樹脂熔融浸漬的工藝制造的高強度、高剛性、高韌性的復合材料。可選用的增強材料包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、植物纖維、以及玄武巖纖維。可以選用的樹脂基體有PP、PE、PA6、PA66、PC、PET、TPU、PPS、PEEK等。根據產品性能及成型要求的不同，增強材料的形態(tài)可以是單向的，也可以是織物。
盡管短纖維和長纖維熱塑性復合材料占整個熱塑性復合材料市場的主導地位。但由于連續(xù)纖維獨特的特點，近年來國際上連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料市場仍然保持著快速增長，國外行業(yè)巨頭也正將連續(xù)纖維增強的熱塑性復合材料及相關企業(yè)作為重點開發(fā)方向和并購的首選標的。其中朗盛收購了德國Bond-Laminates、三菱收購QPC、東麗公司收購荷蘭的Tencate；而韓華、巴斯夫、科思創(chuàng)、英力士等化工巨頭也都推出了相應的連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料。
目前，掌握連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料技術的企業(yè)主要集中在德國、荷蘭、英國、美國等少數歐美國家。我國有部分企業(yè)掌握了一部分連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料的技術，但是在連續(xù)纖維增強特種工程塑料復合材料方面，我國與國外依舊存在非常大的差距。
展開 （2）增強材料：連續(xù)玻璃纖維氈
在聚丙烯中加入玻璃纖維作為增強材料，可以使聚丙烯的所有基本性能都獲得顯著改善。復合材料的強度隨著增強材料的數量增強而增強，另外，纖維愈長，樹脂內部強材料傳遞應力的連續(xù)性也就愈高。GMT含有30～40％的玻璃纖維，比通常的注射成型增強聚丙烯所含纖維量高。而且它用的是一種連續(xù)玻璃纖維針刺氈，纖維是連續(xù)鋪成氈并經針刺而賦予一定強度，呈立體結構，沿三維方向都有纖維分布，使GMT制品的各向異性大為減少。用于GMT的玻璃纖維的浸潤劑的性能十分關鍵，它可使纖維與聚丙烯之間獲得良好的界面結合，從而提高GMT的性能。
3．2 干法生產工藝
干法生產工藝也稱層合法，是將連續(xù)玻璃纖維針刺氈和聚丙烯酸片疊合后，經過加熱、加壓、浸漬、冷卻定型和切斷等工序制造GMT的方法。其典型工藝以美國PPG公司為代表。這種工藝有二種方案，其一是將聚丙烯片樹直接從擠塑機擠出，然后與玻纖氈疊合（一般為三層聚丙烯與二層氈結合），進入鋼帶加壓設備；經加熱、加壓，使熔融樹脂浸漬玻纖氈，然后經冷卻、定長切斷，制成片材；另一方案是先生產出聚丙烯片材，然后再和纖維氈疊合成所需的厚度，進入鋼帶復合機，加熱、加壓復合成GMT片材。
在GMT生產工藝中，連續(xù)玻璃纖維針刺氈的成形及浸潤劑配方，聚丙烯的改性；氈與聚丙烯的界面結合狀況，層壓工藝等，是主要關鍵技術。
3．3 GMT沖壓成型工藝與設備
（1）沖壓成型工藝
工藝流程：下料一坯料預熱一壓模—裁邊—成品
沖壓成型工藝是從金屬沖壓工藝基礎上發(fā)展起來的。其工藝過程是按樣板GMT剪成坯料，然后在烘箱中將料片加熱到170－190℃，裝入模具，快速合模加壓，在約70℃模具內冷卻脫模，再經修邊成制品，沖壓成型的特點是：成型制品周期短，成型壓力小，自動化程度高。
展開 連續(xù)纖維增強高性能熱塑性復合材料（CF/PEEK，CF/PPS等），相比于傳統(tǒng)熱固性復合材料，具有更明顯的性能優(yōu)勢，滿足航空領域應用的多種需求。隨著國外基礎研究的深入和工業(yè)制造能力的提升，以及材料成本和制造成本的降低，近年來CF/PEEK熱塑性復合材料憑借優(yōu)異的性能開始在眾多領域開展應用研究。目前，處于研究階段的部件主要集中在航空、航天、船舶、石油以及高端民用制造領域。部分已經應用和正在科研攻堅的部件如圖5所示，這些應用和研究進展表明連續(xù)纖維增強高性能熱塑性復合材料，尤其是CF/PEEK熱塑性復合材料的廣闊前景。
圖5 CF/PEEK熱塑性復合材料已經應用和正在研發(fā)的部件實例
（a）衛(wèi)星支架或蒙皮；（b）機翼前緣；（c）彈艙門；（d）發(fā)動機機匣和風扇葉片；（e）直升機旋翼槳轂和起降支承；（f）采油管道
國內對于連續(xù)纖維增強高性能熱塑性復合材料制件的結構設計與應用尚處于起步階段，高性能熱塑性復合材料的上游材料即高性能熱塑性預浸料的批量化生產尚屬空白，追趕國外高性能熱塑性復合材料設計和制造技術，積累國內熱塑性復合材料設計和制造經驗仍是當前研究的重要內容。
原文出處：
連續(xù)纖維增強高性能熱塑性樹脂基復合材料的制備與應用（點擊“題目”可鏈接全文）
肇 研，劉寒松
2020, 48(8): 49-61
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000209
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隨著汽車、航天與消費性電子等產業(yè)對輕量化高性能材料的需求日益提升，對于短纖∕長纖增強熱塑性塑料（Fiber Reinforced Thermoplastic，FRT）射出成型的先進模擬技術需求也隨之增加。然而，傳統(tǒng)的CAE方法往往無法準確模擬這些材料的行為。為了解決這項挑戰(zhàn)，AirGo與Moldex3D共同發(fā)表了最新白皮書《ATLAS-AI: Accurate yet Faster CAE Simulation
現代航空領域飛行器飛行速度快且巡航時間長，使得機翼前緣、水平和垂直尾翼、起落架艙門等部位將產生較大且持久的氣動載荷。此外，在飛行器服役過程中的沖擊載荷、高低溫環(huán)境、濕熱環(huán)境等均對復合材料的使用提出了較高的要求。連續(xù)纖維增強高性能熱塑性復合材料（CF/PEEK，CF/PPS等），相比于傳統(tǒng)熱固性復合材料，具有更明顯的性能優(yōu)勢，滿足航空領域應用的多種需求。隨著國外基礎研究的深入和工業(yè)制造能力的提升
模型中包含隨機纖維生成、CDP參數生成、以及抗震循環(huán)荷載的加載與梁端滯回曲線的提取。
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應變硬化水泥基復合材料（SHCC）是一種高性能纖維增強水泥基復合材料，呈現多裂紋開裂機制與高延性，極限拉伸應變可達3%~8%，裂紋平均寬度約為60 μm。近年來，SHCC/ECC的理論研究以及工程應用不斷增加，尤其是在其優(yōu)越的拉伸性能和在抗震結構中的應用。如俞可權等將PE纖維配置了超高性能工程水泥復合材料，其抗壓強度約為120 MPa，抗拉強度高達12 MPa，拉伸應變能力超過8％。本貼介紹纖維增強混凝土
來自特種化學品公司朗盛的Tepex dynalite連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料板材，能夠被用于制造采用汽車輕量化設計的高度集成的更大型的結構部件，比如，梅賽德斯-奔馳GLE SUV 的前端支架，它包括兩個焊接的由聚丙烯基Tepex dynalite 104-RG600(3)/47%材料制成的復合材料半殼，截面尺寸大約是1.2 m長、0.35 m寬，兩個半殼在一副擁有兩個型腔的注塑模具中采用一種混合模塑工藝被制成
美國密歇根州陸軍坦克、汽車研究開發(fā)和工程中心（TARDEC）的三位研究人員最近發(fā)表了一項名為“通過熔融長絲制造連續(xù)纖維增強復合材料表征”的研究，該研究用于連續(xù)碳在Mark Two 3D打印機上打印纖維增強熱塑性復合材料部件。
研究人員表示：“目前的工作重點是通過連續(xù)長絲制造（CFF）連續(xù)纖維增強樣品的拉伸性能。在有和沒有連續(xù)碳纖維增強的情況下，在多個方向上測試樣品。當將0碳纖維增強試樣與沒有連續(xù)增強的試樣進行比較時
來源：SAMPE
作者：姚志佳
一、概述
連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料由于其輕質、高剛度、高韌性等特性，在汽車工業(yè)，航空航天，軍工，電子等諸多領域已經廣泛的應用。連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料（CFRTP）是以連續(xù)纖維作為增強材料，以熱塑性樹脂為基體，通過將熱塑性樹脂熔融浸漬的工藝制造的高強度、高剛性、高韌性的復合材料。可選用的增強材料包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、植物纖維、以及玄武巖纖維
科思創(chuàng)宣稱：他們最近推出了一款品牌名為Maezio的連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料，這是一種在輕量化和靈活性上均優(yōu)于金屬的材料。
我在四月份的博客上曾經寫過：“對于世界上最大的電器制造商來說，將目光放在連續(xù)纖維熱塑性塑料上是一個明智的選擇。”這篇博客討論了以CFRTP為原料生產的高端空調的發(fā)展，這個項目是由材料供應商科思創(chuàng)和世界上最大的電器制造商海爾共同推進的。目前，科思創(chuàng)已經將這種材料注冊
1、前言
熱塑性樹脂基復合材料近年來發(fā)展迅速，特別是纖維增強熱塑性片材（簡稱GMT）是八十年代以來世界先進國家競相發(fā)展的新技術，它是以連續(xù)玻璃纖維氈或短切玻纖氈和熱塑性樹脂復合而成的一種片狀模塑料。GMT的概念于四十年代中期提出，六十年代開始熔融法（干法）工藝研究，七十年代中期進入工業(yè)化階段；隨著應用領域的擴大，八十年代后期開始了懸浮法（濕法）工藝研究，九十年代中前期開始工業(yè)化生產并進入實用階段
