纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的破壞機(jī)理-力學(xué)進(jìn)展

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1、。第一卷第期力學(xué)進(jìn)展一【,扛卜月日人閃廠衛(wèi)且州纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的破壞機(jī)理冼杏娟中口科學(xué)院力學(xué)研究所主題詞復(fù)合材樸增強(qiáng)纖維破壞機(jī)理損傷疲勞、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料本身是一個非均勻各向異性力學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的研制設(shè)計和使用,都與力學(xué)密切相關(guān)復(fù)合材料的破壞機(jī)理比金屬材料復(fù)雜不同組分的構(gòu)成使其在加工中存、,,在和使用中帶來的缺陷比金屬多它的破壞機(jī)理與纖維基體組分的性能粘結(jié)強(qiáng)度纖維,,鋪設(shè)方向和順序工作條件等有關(guān)需要采用有效的試驗和分析方法研究復(fù)合材料在不同,口,,,載荷條件「不同鋪層不同缺情況損傷的擴(kuò)展裂紋增長規(guī)律微結(jié)構(gòu)斷裂模型評定復(fù),,介材料的破壞弄清它的破壞機(jī)理為研

2、制與設(shè)計新型復(fù)合材料提供依據(jù)這對充分發(fā)揮其,輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)越性保證使用的安全可靠是很有意義的,本文以筆者近年來研究碳環(huán)氧在靜態(tài)和疲勞條件下?lián)p傷破壞的結(jié)果為主結(jié)合當(dāng)前有,,口,,關(guān)研究的發(fā)展概述復(fù)合材料的損傷擴(kuò)展缺影響疲勞損傷累積破壞的評定及破壞機(jī),理等問題復(fù)合材料及其構(gòu)件的破壞一般不象金屬形成宏觀裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展而斷裂而有其自,通身復(fù)雜的損傷擴(kuò)展途徑和特殊的破壞機(jī)理復(fù)合材料往往由無機(jī)或有機(jī)的脆性材料組成、、,過基休開裂界而脫膠分層及纖維斷裂等多種形式的擴(kuò)展導(dǎo)致破壞一般是脆性破壞損傷、,。,。。區(qū)尺度大又非塑性針對復(fù)合材料特點年代末等「’,人提出了研究復(fù)合材料的

3、損傷力學(xué)和機(jī)理的命題和設(shè)想引起國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者注意由于,,復(fù)合材料多相內(nèi)在表征的復(fù)雜年以來我們著重采用聲發(fā)射紅外熱像及顯微觀測等,、手段監(jiān)測不同鋪層復(fù)合材料的各類損傷研究其產(chǎn)生與發(fā)展及對力學(xué)性能疲勞壽命的影,,,響得出了有意義的結(jié)果司時在實驗研究基礎(chǔ)上進(jìn)行橫向裂紋等預(yù)測的計算分析及評定破壞的研究工復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)損傷擴(kuò)展與聲發(fā)射表征皿及應(yīng)力水平的對應(yīng)關(guān)系“,“,“。,““我們對多種不同鋪層卜。和碳布等碳環(huán)氧復(fù)合材料采用顯,泣,,微觀測和聲發(fā)射技術(shù)研究其拉仲損傷破壞一般具有以下特點①開始階段約在,應(yīng)力水平前從顯微觀測和反映材料損傷應(yīng)變能量釋放的聲發(fā)射信號沒有顯

4、現(xiàn)一。。,,出損傷②載荷增至定應(yīng)力水平一般在一和極限強(qiáng)度不同鋪層有所差異反映從體開裂的低能最信號開始出現(xiàn)圖顯微觀察到的沿纖維方向的裂紋是材料的初,始損傷于纖維強(qiáng)度比磷體和界面粘結(jié)強(qiáng)度大得多所以基本受拉一般呈剪切破壞圖一?！?、斗。,?！?是層的圖像樹呈鋸齒傾斜的方向與鋪層受力方向有關(guān)對試件?1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net一一?！畞G圖‘’一。及人一。。層基體界面破壞圖試件的關(guān)系圖,此損傷發(fā)生在應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

5、曲線的拐點處③載荷繼續(xù)增大約在的應(yīng)力水平時聲發(fā)射,,的突發(fā)信號出現(xiàn)并加密基體沿界面方向開裂并不斷擴(kuò)展基體與纖維間出現(xiàn)脫膠雙向鋪,層試件由于單層片及不同鋪層壓成的層的各向異性在邊緣的層間效應(yīng)而引起明顯的分層,,少量較弱的纖維斷裂或裂紋增多并擴(kuò)大到一定程度高應(yīng)力引起附近纖維破斷應(yīng)力重新分,,,,布出現(xiàn)大的能量釋放的信號損傷區(qū)擴(kuò)大④載荷到應(yīng)力水平后信號達(dá)最,,,,大值累積值迅速增大雙向斜交鋪層試件每層分離剪切破壞其它鋪層試件破斷界面。“,粘結(jié)強(qiáng)度高的試件有少數(shù)纖維拔出圖卜一圖。?！霸嚰w維拔出圖試件損傷型式士,。。,除了兩種鋪層的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線性外其它都是

6、線性關(guān)系呈脆性破,,。壞盡管損傷區(qū)很大但不呈塑性不同鋪層的聲發(fā)射能量釋放圖像各異“。,。,。以。正交鋪層試件為例圖實測在時聲發(fā)射信號開始出現(xiàn)層,,。,,,垂直于載荷方向基體橫向裂紋出現(xiàn)損傷開始載荷達(dá)時突發(fā)信號出現(xiàn)由,。,“。,以于橫向開裂應(yīng)力集中的影響層內(nèi)縱向裂縫出現(xiàn)層與層界面的粘結(jié)失效后。,。,,相隔出現(xiàn)一次大的信號帶缺陷的纖維相繼斷裂直至最后破斷以裂紋擴(kuò)展〔,的應(yīng)變能釋放率達(dá)到材料的相應(yīng)臨界值作為判據(jù)?！?了瓦訓(xùn)乙△。。,△為,,,為機(jī)械載荷引起的遠(yuǎn)場應(yīng)變固化溫度與工作溫度之差為單層厚度與分、、、別為機(jī)械載荷與溫度載荷下某一指定裂紋的能量釋放率系數(shù)函

7、數(shù)在材料鋪層載荷開?1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net,裂形式等因索確定時它們只是裂紋尺寸的函數(shù)用有限元分析方法并用雙節(jié)點技術(shù)模擬開裂過程同時計算每步裂的能量釋放率即可得出材料常數(shù)根據(jù)單向板的橫向強(qiáng)度等算“。得由此算出巨?！硨影逶趩蜗蚴芾瓡r產(chǎn)生第一橫向裂紋的載荷以遠(yuǎn)場應(yīng)變表示為尸。義一“。,極限應(yīng)變。。,上式與在出現(xiàn)橫向開裂的聲發(fā)射實驗結(jié)果符合良好“,,沿層板厚度方向?qū)踊蛐苯卿亴又心骋粚映霈F(xiàn)的橫向裂紋是一薄

8、弱環(huán)節(jié)它也可稱,,為開裂源而且有其擴(kuò)展的特征從沿厚度方向的側(cè)向斷面形貌觀察到橫向