在熱-機(jī)械循環(huán)載荷作用下纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料多纖維斷裂的應(yīng)力場(chǎng).pdf

1、金屬基復(fù)合材料在航空、航天領(lǐng)域里的應(yīng)用非常廣泛，其中纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(MMCf)具有更優(yōu)良的性能而倍受航空、航天領(lǐng)域的青睞。應(yīng)用這些復(fù)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(qiáng)金屬基復(fù)合材料在熱/機(jī)械循環(huán)載荷作用下的力學(xué)行為有很大的現(xiàn)實(shí)意義。纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料在制造加工和安裝過(guò)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(jī)械循環(huán)載荷作用下，會(huì)在這些損傷的周

2、圍會(huì)產(chǎn)生局部循環(huán)熱塑性區(qū)域，從而導(dǎo)致MMCf的破壞失效。為了這類MMC結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)和有效使用，一個(gè)非常緊迫的任務(wù)是要深刻地認(rèn)識(shí)金屬基復(fù)合材料的熱機(jī)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(fù)合材料在熱/機(jī)械載荷循環(huán)作用下，斷裂纖維對(duì)復(fù)合材料應(yīng)力場(chǎng)的影響。作為研究纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料在熱/機(jī)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(fù)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(yīng)力場(chǎng)：對(duì)于前一種情況，在分析單纖維斷裂的基礎(chǔ)上，通過(guò)影響函數(shù)疊加方法求解了多纖維斷裂的復(fù)合材料應(yīng)力場(chǎng)；對(duì)于后一種情況，我們假設(shè)了剪切層、基體服從理想塑性條件，將屈服區(qū)以帶表面應(yīng)力的虛擬裂紋替代，將問(wèn)題化為線彈性問(wèn)題，此時(shí)多纖維斷裂的應(yīng)力場(chǎng)可以通過(guò)基于簡(jiǎn)化模型的影響函數(shù)加權(quán)疊加方法求解。通過(guò)對(duì)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料在熱/機(jī)械循環(huán)載荷作用下的應(yīng)力場(chǎng)的研究，把金屬基復(fù)合材料的應(yīng)力場(chǎng)與基體循環(huán)熱塑性、體積分

4、數(shù)、纖維的統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度以及纖維/基體界面特性定量的聯(lián)系起來(lái)，對(duì)于以后進(jìn)一步形成預(yù)測(cè)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的熱/機(jī)械疲勞壽命的理論體系打下了好的基礎(chǔ)。 對(duì)金屬基復(fù)合材料的研究結(jié)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(zhǎng)度越長(zhǎng)，在同樣條件下，如果基體和剪切層同時(shí)發(fā)生屈服，剪切層的屈服長(zhǎng)度總是要長(zhǎng)于基體的屈服長(zhǎng)度。(2)溫度變化對(duì)復(fù)合材料板應(yīng)力場(chǎng)的影響與溫度變化幅值、加載方式和初