复合材料损伤与断裂力学研究

      复合材料与金属材料有完全不同的损伤、断裂与疲劳机理．随着纤维复合材料在航天、航空、汽车等方面的日益广泛应用，对复合材料损伤、断裂力学研究和疲劳机理分析越来越重要．根据复合材料损伤与断裂机理来设计复合材料结构是结构安全可靠的保证[1-5]．

1  材料模型的建立

      对汽车零部件用复合材料，常采用传递模成型或模压料模塑成型工艺，其材质和平行于制品外表面方位有一定的分层性，根据该特征，把纤维增强复合材料简化成一般各向异性层板作为损伤和断裂分析的力学模型．

2损伤特征

      损伤的基本类型通常有4种：基体开裂、纤维断裂、纤维／基体脱胶和分层．上述基体损伤形式的组合导致层板的层内裂纹、层间裂纹和纤维断裂的产生．

       基体开裂首先发生在局部拉伸应力较大而基体有缺陷的部位．随着载荷的增大或反复地作用，裂纹密度增大、联接和交叉，导致复合材料刚度退化．采用剪切迟滞分析获得较好的基体开裂的定量分析结果．

       复合材料的最终破坏多半是纤维断裂．纤维断裂和基体开裂是相关的．基体开裂导致局部应力重新分布，使纤维集中应力增大，发生断裂．当基体裂纹与纤维相交时，裂纹尖端的高应力可能会使纤维／基体脱胶，拔出、最终断裂．另外，单根纤维断裂后引起应力重新分布，也可能促使邻近纤维的断裂．采用边界配置法计算各向异性材料裂纹体的应力强度因子，建立裂纹的扩展判据，并对纤维断裂进行了弹性分析，把材料的宏观强度和微观裂纹的扩展规律联系起来．

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