復合材料損傷與斷裂力學研究

      復合材料與金屬材料有完全不同的損傷、斷裂與疲勞機理．隨著纖維復合材料在航天、航空、汽車等方面的日益廣泛應用，對復合材料損傷、斷裂力學研究和疲勞機理分析越來越重要．根據復合材料損傷與斷裂機理來設計復合材料結構是結構安全可靠的保證[1-5]．

1  材料模型的建立

      對汽車零部件用復合材料，常采用傳遞模成型或模壓料模塑成型工藝，其材質和平行于制品外表面方位有一定的分層性，根據該特征，把纖維增強復合材料簡化成一般各向異性層板作為損傷和斷裂分析的力學模型．

2損傷特征

      損傷的基本類型通常有4種：基體開裂、纖維斷裂、纖維／基體脫膠和分層．上述基體損傷形式的組合導致層板的層內裂紋、層間裂紋和纖維斷裂的產生．

       基體開裂首先發生在局部拉伸應力較大而基體有缺陷的部位．隨著載荷的增大或反復地作用，裂紋密度增大、聯接和交叉，導致復合材料剛度退化．采用剪切遲滯分析獲得較好的基體開裂的定量分析結果．

       復合材料的最終破壞多半是纖維斷裂．纖維斷裂和基體開裂是相關的．基體開裂導致局部應力重新分布，使纖維集中應力增大，發生斷裂．當基體裂紋與纖維相交時，裂紋尖端的高應力可能會使纖維／基體脫膠，拔出、最終斷裂．另外，單根纖維斷裂后引起應力重新分布，也可能促使鄰近纖維的斷裂．采用邊界配置法計算各向異性材料裂紋體的應力強度因子，建立裂紋的擴展判據，并對纖維斷裂進行了彈性分析，把材料的宏觀強度和微觀裂紋的擴展規律聯系起來．

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