微胶囊自修复复合材料断裂力学研究

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1、郑州大学硕上学位论文摘要本文对微胶囊自修复复合材料进行了断裂力学研究，目的是当自修复复合材料在外界条件作用下产生裂纹，裂纹前沿遇到微胶囊时，微胶囊壳能适时破裂，完成自修复功能。本文主要内容包括自修复复合材料断裂力学设计、基体材料和微胶囊壳材料断裂韧性测试、夹层模拟试件断裂特性分析和含胶囊试件的断裂验证实验。本文先测试不同试件的断裂韧性；然后在基体材料／微胶囊材料断裂韧性差值不同范围内制作夹层模拟试件，通过分析夹层试件的裂纹扩展规律，研究裂纹扩展与基体材料／胶囊壳材料断裂韧性匹配的关系；最后通过含模拟胶囊试件的断裂验证实验，验证了裂纹扩展规律。研究结

2、果表明：当基体材料与胶囊壳材料的断裂韧性差值小于107754．45Pa·m坦时，裂纹扩展时胶囊壳能够破裂。关键词：微胶囊，自修复，断裂力学，断裂韧性郑州人学硕士学位论文AbstractInthispaper,thefracturemechanicsonself-healingcompositesmaterialcontainingmicrocapsulesisstudied．Thegoaliswhenthereisacrackinsidethecompositesundertheeffectofoutsideenvironmentandthefro

3、ntpartofthecrackmeetsthemicrocapsules，themierocapsuleshellcanbreakattherightmoment．Thentheself-healingfunctionofthecompositesarerealized．Thefollowingfourpartsarcinvolvedinthepaper：thefracturemechanicsdesignofself-healingcomposites，thefracturetoughnesstestsofthematricesandtheca

4、psuleshells，thefracturecharacteristicsanalysisofthesandwichsimulatingsampleandthefractureconfirmationexperimentofsamplecontainingsimulatingcapsule．Inthepaper,firstlythefracturetoughnessofdifferentsamplesaretested；thenthesandwichsimulationsamplesindifferentscopeofthefracturetou

5、ghnessmarginbetweenmatricesandcapsuleshellsagemanufactured，andtherelationsofthecrackpropagationandfracturetoughnessmatchingbetweentheshellsofcapsuleandmatricesagestudiedthroughanalyzingcrackpropagationlawsofthesandwichsimulatingsample；Finallythecrackpropagationlawsisconfirmedt

6、hroughthefractureconfirmationexperimentofsamplecontainingsimulatingcapsule．Theresultsshowthat：asthefracturetoughnessmarginofmatricesandcapsuleshellsagelessthan107754．45Pa·mm，thecapsuleshellearlbreakwhenthecrackpropagate．Keywords：microcapsules，self-healing,fracturemechanics，fra

7、cturetoughness20引言随着科学技术的发展，复合材料的应用领域在不断地扩大，特别是应用于宇宙探索飞行器、人造卫星、飞机、汽车等领域的结构材料。复合材料因其自身的特点，在加工成型以及使用过程中，其表面和内部不可避免的出现各类损伤，尤其是内部会产生微裂纹。微裂纹的产生和扩展将引起材料整体性能下降，影响材料正常使用和缩短使用寿命。因此，裂纹的早期修复，特别是自修复对保证构件安全工作来说是一个现实而十分重要的问题。具有自诊断和自修复功能的智能材料这一概念是由美国军方在20世纪80年代中期首先提出来的，并很快成为各国研究的重点之一。自修复材料即智

8、能材料，是模仿生物体损伤自修复的原理，具有感知和激励双重功能的材料，材料内一旦产生缺陷，在无外界作用条件下能够自我修复。自