纖維增強聚合物基復合材料的疲勞損傷模型

      從微觀離高分子力學出發，考慮力學化學的交互作用和材料微觀組織的影響，建立了纖維增強聚合物基復合材料的力學化學分子鏈疲勞損傷模型，在模型中引入表示基體樹脂和界面分子鏈斷裂數占材料分子鏈總數的比例Am和Ar來描述基體斷裂主導和界面斷裂主導的損傷，給出剩余強度與疲勞過程中微觀斷裂機理、結構參數、物理化學參數和力學性能變化之間的關系．與短玻璃纖維增強樹脂基復合材料(SMC)的恒載荷疲勞實驗結果比較，本模型預測的疲勞剩余強度與實驗值吻合得比較好．

       纖維增強聚合物基復合材料廣泛應用于航空航天、化工、船舶、車輛、建筑及海洋.工程等領域，在交變載荷條件下，疲勞損傷是材料工程結構的主要失效形式之一，其疲勞損傷最主要的特征之一是損傷行為與材料微結構及化學效應密切相關l，尤其是基體材料存在著諸如交聯、取向、雜質、非晶區等微觀結構不均勻性，使損傷取決于分子鏈或鏈段對作用力的響應能力．微觀裂紋的萌生與分子鏈的結構、聚集態結構以及外力等條件有關，傳統的疲勞損傷理論主要基于應力、應變或能量等參量的純粹力學模型，忽略了化學效應這---重要因素，不能很好地揭示諸如分子鏈斷裂、界面開裂和基體微裂紋等局部損傷的物理本質，也不能準確地描述微觀損傷與宏觀力學性能之間的定量關系，盡管已經有人在這方面作了一些研究，但大部分工作集中在力學化學的高分子合成、破壞過程的老化、破裂時力學場的伴生效應方面．因此，必須把化學特性與力學行為結合起來，使損傷理論從純粹的力學模型擴展到力學一化學模型。

       力學—化學效應對聚合物基復合材料的疲勞性能有顯著的影響，外力的作用使分子鏈結構不同程度的活化，當這種力活化達到一定程度時，就會引起晶體結構的改變甚至引起分子鏈的斷裂，產生自由基．在這些自由基之間繼續進行反應生成新的基團，減緩甚至終止裂鰓反應的進行。外力的加載方式對疲勞壽命也有顯著的影u向，與在連續疲勞條件下相比，材料在闖歇疲勞條件下的疲勞壽命長得多．其主要原因是疲勞加載所造成的分子鏈破壞可能在卸載后恢復，從卸載到重新加載的那一段時間也有利于材料內部耗散熱能的釋放，有利于材料疲勞壽命的延長．因此，在疲勞過程中材料內部裂紋的萌生和擴展是一個存在熱、力以及化學場等多場耦合的復雜過程．研究高分子材料在不同溫度下的疲勞性能時，只有考慮了熱力耦合的力學化學效應的疲勞模型才能反映疲勞過程的實際情況．本文基于力學化學效應，從分子鏈微觀角度，研究纖維增強聚合物基復合材料疲勞的力學化學交互作用，建立—種新的力學一化學疲勞損傷模型。

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