復合材料結構受橫向載荷作用的強度問題

  

       眾所周知，各向同性材料結構的極限分析與設計只需一個應力強度條件（如采用第一或者第四強度理論）。但是在復合材料的情況下，問題要復雜得多。本文中提出除了一個應力強度條件之外，還須補充一個臨界變形條件或者稱為臨界剛度條件才可以確定復合材料結構在橫向載荷作用下的極限破壞狀態的觀點。對本文作者近期在這方面的研究工作作了介紹，尤其側重介紹如何確定復合材料結構的極限承載能力，并指出復合材料結構受有橫向載荷作用的一些有待研究解決的緊迫問題。

       纖維增強復合材料因其卓越的比剛度和比強度以及材料性能的可設計特性，在航空航天、汽車交通、化工能源、建筑橋梁、軍工船艦、文體娛樂以及生物工程等領域得到了越來越廣泛的應用。復合材料結構多用作為承力件。一般結構件所受的載荷，主要是橫向彎曲力。因此，了解和掌握纖維增強復合材料結構在橫向載荷作用下的力學響應，正確評估它們的最大承載能力，對于結構的合理設計與應用具有十分重要的意義。

       對復合材料結構在面內載荷（即薄膜載荷）下的破壞分析與強度理論研究現狀進行了評估。指出：復合材料的強度理論，并沒有很好地建立起來。目前，還沒有一種有限元商用軟件包，可以對復合材料結構進行“自動的”非線彈性結構分析，帶有進行這種結構分析的復合材料庫模型）并進而有效地預報其最大承載能力。一個根本原因是：目前描述復合材料直到破壞時的力學行為，基本上都是采用線彈性的本構理論！。由于復合材料結構通常為疊層結構，層與層之間靜不定。要精確確定每一層所分擔的載荷，須提供其精確的、當前（瞬時）的剛度系數。當復合材料進入破壞階段時，某些層一般進入了非線性變形。僅僅基于線彈性剛度，不可能精確確定每一層所分擔的載荷，因此，對復合材料結構最大承載能力的預報就會存在誤差。

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