纤维增强聚合物基复合材料的疲劳损伤模型

      从微观离高分子力学出发，考虑力学化学的交互作用和材料微观组织的影响，建立了纤维增强聚合物基复合材料的力学化学分子链疲劳损伤模型，在模型中引入表示基体树脂和界面分子链断裂数占材料分子链总数的比例Am和Ar来描述基体断裂主导和界面断裂主导的损伤，给出剩余强度与疲劳过程中微观断裂机理、结构参数、物理化学参数和力学性能变化之间的关系．与短玻璃纤维增强树脂基复合材料(SMC)的恒载荷疲劳实验结果比较，本模型预测的疲劳剩余强度与实验值吻合得比较好．

       纤维增强聚合物基复合材料广泛应用于航空航天、化工、船舶、车辆、建筑及海洋.工程等领域，在交变载荷条件下，疲劳损伤是材料工程结构的主要失效形式之一，其疲劳损伤最主要的特征之一是损伤行为与材料微结构及化学效应密切相关l，尤其是基体材料存在着诸如交联、取向、杂质、非晶区等微观结构不均匀性，使损伤取决于分子链或链段对作用力的响应能力．微观裂纹的萌生与分子链的结构、聚集态结构以及外力等条件有关，传统的疲劳损伤理论主要基于应力、应变或能量等参量的纯粹力学模型，忽略了化学效应这---重要因素，不能很好地揭示诸如分子链断裂、界面开裂和基体微裂纹等局部损伤的物理本质，也不能准确地描述微观损伤与宏观力学性能之间的定量关系，尽管已经有人在这方面作了一些研究，但大部分工作集中在力学化学的高分子合成、破坏过程的老化、破裂时力学场的伴生效应方面．因此，必须把化学特性与力学行为结合起来，使损伤理论从纯粹的力学模型扩展到力学一化学模型。

       力学—化学效应对聚合物基复合材料的疲劳性能有显著的影响，外力的作用使分子链结构不同程度的活化，当这种力活化达到一定程度时，就会引起晶体结构的改变甚至引起分子链的断裂，产生自由基．在这些自由基之间继续进行反应生成新的基团，减缓甚至终止裂鳃反应的进行。外力的加载方式对疲劳寿命也有显著的影u向，与在连续疲劳条件下相比，材料在闯歇疲劳条件下的疲劳寿命长得多．其主要原因是疲劳加载所造成的分子链破坏可能在卸载后恢复，从卸载到重新加载的那一段时间也有利于材料内部耗散热能的释放，有利于材料疲劳寿命的延长．因此，在疲劳过程中材料内部裂纹的萌生和扩展是一个存在热、力以及化学场等多场耦合的复杂过程．研究高分子材料在不同温度下的疲劳性能时，只有考虑了热力耦合的力学化学效应的疲劳模型才能反映疲劳过程的实际情况．本文基于力学化学效应，从分子链微观角度，研究纤维增强聚合物基复合材料疲劳的力学化学交互作用，建立—种新的力学一化学疲劳损伤模型。

资料下载：   纤维增强聚合物基复合材料的疲劳损伤模型.zip