在熱-機械循環(huán)載荷作用下纖維增強金屬基復合材料多纖維斷裂的應力場.pdf

1、金屬基復合材料在航空、航天領域里的應用非常廣泛，其中纖維增強金屬基復合材料(MMCf)具有更優(yōu)良的性能而倍受航空、航天領域的青睞。應用這些復合材料制造的部件的使用環(huán)境往往都很惡劣，溫度變化比較大并且經(jīng)常是周期性的，因此研究纖維增強金屬基復合材料在熱/機械循環(huán)載荷作用下的力學行為有很大的現(xiàn)實意義。纖維增強金屬基復合材料在制造加工和安裝過程中很容易產(chǎn)生纖維斷裂或裂紋等損傷，這些損傷而行成的“弱”纖維在熱/機械循環(huán)載荷作用下，會在這些損傷的周

2、圍會產(chǎn)生局部循環(huán)熱塑性區(qū)域，從而導致MMCf的破壞失效。為了這類MMC結構的安全設計和有效使用，一個非常緊迫的任務是要深刻地認識金屬基復合材料的熱機械疲勞(TMF)破壞特性。 本文分析研究了多纖維斷裂的金屬基復合材料在熱/機械載荷循環(huán)作用下，斷裂纖維對復合材料應力場的影響。作為研究纖維增強金屬基復合材料在熱/機械載荷循環(huán)作用下的疲勞特性的前期工作，本文基于剪切滯后模型的理論和影響函數(shù)疊加的方法，分別討論了金屬基復合材料在剪切層、

3、基體未發(fā)生屈服和發(fā)生屈服的兩種情況的應力場：對于前一種情況，在分析單纖維斷裂的基礎上，通過影響函數(shù)疊加方法求解了多纖維斷裂的復合材料應力場；對于后一種情況，我們假設了剪切層、基體服從理想塑性條件，將屈服區(qū)以帶表面應力的虛擬裂紋替代，將問題化為線彈性問題，此時多纖維斷裂的應力場可以通過基于簡化模型的影響函數(shù)加權疊加方法求解。通過對纖維增強金屬基復合材料在熱/機械循環(huán)載荷作用下的應力場的研究，把金屬基復合材料的應力場與基體循環(huán)熱塑性、體積分

4、數(shù)、纖維的統(tǒng)計強度以及纖維/基體界面特性定量的聯(lián)系起來，對于以后進一步形成預測纖維增強金屬基復合材料的熱/機械疲勞壽命的理論體系打下了好的基礎。 對金屬基復合材料的研究結果表明：(1)在外載荷作用下，隨著載荷的增大剪切層總是先于基體發(fā)生屈服，且載荷越大基體和剪切層的屈服長度越長，在同樣條件下，如果基體和剪切層同時發(fā)生屈服，剪切層的屈服長度總是要長于基體的屈服長度。(2)溫度變化對復合材料板應力場的影響與溫度變化幅值、加載方式和初