多重损伤耦合下金属基复合材料应力分布的剪切滞后分析

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1、多重损伤耦合下金属基复合材料应力分布的剪切滞后分析*王放I曾祥国2(1•西南大学材料科学与工程学院，重庆400715；2.四川大学建筑与环境学院，四川成都610065)摘要：基于剪切滞后模型，考虑基体承受轴向拉伸载荷，建立了金属基复合材料在多纤维断裂下应力场分布的求解方法，计及了基体和界面塑性变形対应力传递的影响。引入影响函数叠加原理，充分考虑多重损伤间的相互耦合作用，有效解决了复合材料的非线性变形问题。数值结果表明：木文建立的理论模型为实验结果吻合较好。关键词：金属棊复合材料；多重损伤；应力分布；剪切滞后理论中图分类号：TB332文

2、献标识符：AShear-lagAnalysisofStressDistributionofMetalMatrixCompositesCouplingMultipleDamagesWANGFang1ZENGXiang-guo2(1.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,SouthwestUniv.,Chongqing400715,China;2.SchoolofArchitectureandEnvironment,SichuanUniv.,Chengdu610065,China)Abstract:

3、Amethodologybaseduponshear-lagmodelwasdevelopedtoderivestressprofilesforanyconfigurationofbreaksincontinuousfiber-reinforcedmetalmatrixcomposites(MMCf),includingtheeffectoflocalplasticityofmatrixpropertiesandinterfacecharactersbetweenfiberandmatrix.Theimportanceofthemat

4、rixaxialstiffnesshadbeentakenintoaccount.Aninfluencefunctionsuperimpositiontechniquewasintroducedtocharacterizenonlineardeformationcouplingmultipledamagesevents・Itwasshownthatthetheoreticalvaluesofthemethodpresentedinthispaperwerewellfitwithexperimentalresults.Keywords:

5、metalmatrixcomposite;multipledamages;stressprofiles;shear-lagmodel收稿日期：2009-11-5基金项目：重庆市科委自然科学基金计划资助项目(CSTC,2()()9BB4290)；国家自然科学基金委员会-中国工程物理研究院联介基金资助项目(10776023)作者简介：王放(1978J,男，副教授，博士，研究方向：复合材料疲劳与断裂.通讯作者：曾祥国.E-mail:xiangguo_zeng@yahoo.com.cnK~E^D(1)复合材料的破坏过程，从木质上讲，是损伤不断

6、累积，性质不断退化，应力重新分布的动态过程。在加载阶段，山于纤维的强度貝有较大的分散性，部分强度较低的纤维会首先发生断裂，导致与断裂位置和邻的完好纤维承受的应力重新分布。如何正确描述这种应力传递对于材料变形与破坏的研究尤为重要均匀载荷分担模型(GlobalLoadingSharing)和局部载荷分担模型(LocalLoadingSharing)是解决此类问题的代表⑵。前者假设断裂区域周边完好的纤维将均匀承担在断裂处释放的载荷，它忽视了局部的应力集中；后者尽管能够考虑应力集中的影响，但不能精确地描述载荷重新分配的程度以及某些细观力学参数

7、的影响⑶C近年來，经典剪切滞后模型(Shear-lagModel)14'61和冇限元数值模型(FiniteElementAnalysis)［"被广泛应用于载荷应力传递的研究分析中。剪滞模型认为纤维承受所有轴向载荷，该方法在工程分析屮较为有效，但没有考虑基休承受轴向载荷的事实，这种假设适合于纤维与基体的弹性模量比值很高的情况⑼。针对金属基复合材料而言，金属基体承担的载荷较大，并月•棊体相的弹鴉性将导致复合材料的非线性行为［，01o因此在纤维增强金属基复合材料的性能研究中，剪滞模型理论具冇一定的局限性；对于冇限元模型，纤维增强复合材料的渐

8、进破坏过程分析伴随大量的多纤维断裂的微观力学边值问题求解，在现冇的计算机硬件条件下，全部采川冇限元应力数值方法的破坏过程分析还不够现实［，，］0为了深刻认识纤维增强复合材料的渐进破坏过程，发展冇效可行的多纤维断裂诱导应力