纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面疲勞脫粘的數(shù)值模擬.pdf

1、纖維復(fù)合材料以其優(yōu)越的性能在諸多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用，與其它工程材料不同的是，纖維復(fù)合材料界面的損傷以及界面損傷在往復(fù)荷載作用下的發(fā)展，對(duì)復(fù)合材料的宏觀性能有重要的影響。工程實(shí)踐表明，疲勞損傷會(huì)降低材料和結(jié)構(gòu)的安全可靠度并縮短其使用壽命，甚至可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。作為纖維復(fù)合材料重要組成部分的微結(jié)構(gòu)一界面，它的抗疲勞性能直接決定材料和結(jié)構(gòu)的整體宏觀疲勞特性，所以界面的疲勞研究已逐漸受到研究者的關(guān)注。 本文的主要研究

2、內(nèi)容包括： （1）將有限元、數(shù)值微分與斷裂力學(xué)的基本理論相結(jié)合，提出了考慮脫粘界面摩擦力衰減的數(shù)值方法，通過對(duì)通用有限元軟件ANSYS的二次開發(fā)，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面疲勞脫粘的數(shù)值模擬。用該數(shù)值方法不僅成功解決了利用解析方法無法解決的基體剛度不均勻衰減時(shí)纖維與基體界面的疲勞脫粘，而且對(duì)有解析解的問題，給出了解析結(jié)果與數(shù)值結(jié)果之比較，并指出了兩者之間產(chǎn)生差別的原因。 （2）針對(duì)新近研發(fā)出來的一類新型纖維增強(qiáng)復(fù)合

3、材料——纖維帶功能梯度涂層的復(fù)合材料，引入冪指數(shù)函數(shù)表示涂層彈性模量的梯度特性，分別對(duì)纖維/涂層和基體/涂層兩種單界面疲勞脫粘問題進(jìn)行了解析分析，并用數(shù)值方法驗(yàn)證了解析解的正確性。并由脫粘長(zhǎng)度和隨機(jī)基體裂紋間距預(yù)測(cè)了材料總體應(yīng)變隨荷載循環(huán)次數(shù)的變化。 （3）提出了考慮脫粘界面摩擦力衰減的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的雙裂紋疲勞擴(kuò)展數(shù)值方法，并模擬了纖維涂層的雙界面疲勞脫粘以及基體環(huán)形裂紋和界面脫粘的同時(shí)擴(kuò)展，研究了影響雙裂紋疲勞擴(kuò)展的材料和