This paper investigates the effect of moisture content upon the degradation behaviour of composite materials. A coupled phase field framework considering moisture diffusion, hygroscopic expansion, and fracture behaviour is developed. This multi-physics framework is used to explore the damage evolution of composite materials, spanning the micro-, meso- and macro-scales. The micro-scale unit-cell model shows how the mismatch between the hygroscopic expansion of fibre and matrix leads to interface debonding. From the meso-scale ply-level model, we learn that the distribution of fibres has a minor influence on the material properties, while increasing moisture content facilitates interface debonding. The macro-scale laminate-level model shows that moisture induces a higher degree of damage on the longitudinal ply relative to the transverse ply. This work opens a new avenue to understand and predict environmentally-assisted degradation in composite materials.


翻译:本文研究了复合材料在不同湿度下的降解行为。我们提出了一种耦合了湿度扩散、润湿膨胀和断裂行为的相场框架。这个多物理框架用于探究复合材料的损伤演化,覆盖了微观、中观和宏观尺度。微观单元模型展示了纤维和基体湿润膨胀不匹配导致的界面脱粘。中观的层级模型表明,纤维的分布对材料性质影响较小,而湿度的增加有助于界面脱离。宏观的层级模型显示,纵向胶片相对于横向胶片更易受到湿度的损害。本研究开辟了一种了解和预测复合材料环境助威降解的新途径。

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