103 / 2021-04-04 17:30:04

复合材料的损伤型破坏

复合材料；损伤；界面开裂；分层；真实应力

复合材料破坏可分为两类，即强度型破坏与损伤型破坏，其中，强度型破坏一旦出现，便对应复合材料的一个极限承载能力，而非强度型破坏皆可归类为损伤型破坏。虽然损伤型破坏出现之后，复合材料尚能承受继续增加的外载，但往往会显著降低复合材料的承载能力，加速强度型破坏的出现。对一般层合板结构而言，复合材料的损伤型破坏主要有三种形式，即纤维和基体界面开裂、层合板分层以及由于基体破坏导致的单层破坏。当纤维强于基体，复合材料的损伤型破坏通常都源自基体。

基于复合材料实验数据的唯象强度理论，一般难以预测损伤型破坏，原因是迄今尚无测试损伤型破坏的实验标准，说明这种测试或者难以实现、或者重复性低或者测试结果误差大。鉴于损伤型破坏源自基体，从求基体应力入手，理应是最好解决途径。然而，将基体最大应力与基体强度对比预测的复合材料强度，却与实际相差巨大。我们发现，根本原因是，经典细观力学求得的是基体均值应力，必须转换到真实值后，才能与基体的极限数据对比，确定基体的破坏，进而预测复合材料的破坏。我们“从0到1”建立了基体的真实应力理论，并导出了各种载荷下基体真实应力计算的解析公式。

在基体真实应力基础上，三种主要的复合材料损伤型破坏皆可迎刃而解。预测任意载荷下纤维和基体界面何时开裂，除了纤维和基体性能，只需额外提供一个复合材料的横向拉伸强度；预测层合板分层，则仅需补充单向层合板的临界断裂韧性。基体的拉伸或压缩破坏，则由破坏面上的法向应力大于或小于0确定。