纤维复合材料各向异性破坏的基本模型

《纤维复合材料各向异性破坏的基本模型》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、纤维复合材料各向异性破坏的基本模型A.Matzenmiller,J.lubliner,R.L.Taylor____________________________________________________________________摘要各向异性破坏的基本模型是用来描述加强复合材料弹性的易碎的特点。整篇论文的主要目的是关注结构应力分析中材料破坏和有效弹性特性的关系。各向异性破坏和弹性的基本理论采用的是均匀的连续统一体。内部变量是描述在加载情况下破坏形态的变化和随后发生的材料硬度的下降。相应的

2、速率方程受热应力规律的影响。重点是在不同破坏模式下的破坏变量速率方程中设置合适的连接。屈服破坏的连续变化方程符合动能方程。大部分的材料参数是由单轴的简单的剪切测试得到的。关键词：加强纤维复合材料；各向异性破坏；速率方程；内部变量；屈服破坏；破坏力学；失效力学；损耗潜能。____________________________________________________________________1.简介许多含有不易延展基质的纤维复合材料经常会发生破坏。他们弹性易碎的特性表现在构造；微裂纹的变

3、化（表面中断）和空洞（大量断裂）。这些缺点显著地不可逆性有着重大意义。给材料加载直到材料未完全破坏，这些缺点首先引起的是硬度的减小并且只有很小的永久变形存在无应力体中。论文的主要目的是对纤维复合材料结构应力分析中一个简单的破坏模型的阐释。论文的构成如下：在基本方程构建之前，粗略的介绍一下加强纤维层压复合材料的力学特性的大概范围。玻璃纤维或者碳纤维，加强乙烯基乙醇或者环氧基树脂等具有代表性的材料。他们对变形的力学反应会用一个数学模型计算。特别强调的是由于纤维应力的纤维破坏和由于横断面的基质破坏的相互关

4、系；弹性响应的剪切应力和传送不同应力形式的能力之间的相互关系。作为纤维复合材料失效力学（概指失效模式）的一个分支，在单向层压板的应变空间加载表面主要是通过识别相应的应力空间失效表面获得的。一系列表示破坏变量“内部（隐藏）变量”，是为了指出各向异性破坏的形式在“均匀连续”理论中的限制。由于他们同微裂纹和空洞的增长没有直接的关系，这些未知的变量被当做现象学中的内部变量。破坏层基本张量的一个简单的代数结构随后将被给出。它依靠的是不可逆的力学过程中内部变量理论给出的破坏变量。它给出了破坏材料所需的动能方程。

5、势能方程（破坏势能或者损耗势能）的提出是为了计算简便。热力学中的开尔文不等式是很普遍的可能替代损耗方程的限制条件。尽管所罗列出来的并不完备，热力学第二定律假定包含所提出的内部变量。然而，如果总能量的增长不予考虑，非负的损耗一定是任何基本模型的的必需的组成部分。一组增长规律最终要满足“速率独立的”动能方程。然后就介绍屈服破坏的概念。屈服破坏参数的变化方程是为了提出第二种破坏形式，当给定缺陷形式（微裂纹和空洞）的有效弹性特性在张紧和压缩情况下材料特性不同影响时，这种破坏形式是很重要的。这种现象在易碎的材

6、料很常见的，它经常被说成是一面的。最后，我们提到的破坏模型是在特定轴线施加单轴载荷。这些例子和简单的剪切测试提供了所有最简单模型材料参数的数据。2.复合材料的力学性能2.1加载情况下层压板特性2.1.1.沿纤维方向由于与基质材料特性相比，纤维具有高强度高硬度特性。所以，沿纤维方向的应力主要是通过纤维传递。由于纤维在比较大的拉力作用下变直，纤维中的拉应力很难因为基质的破坏而受影响。除了纤维的破坏，拉直的纤维可能会导致基质的破坏。然而，纤维承受压力的性能会很大程度上受到周围基质相位的有效硬度和强度影响。

7、基质就好像扮演着纤维的“弹性基础”，比作是受压的横梁的机械模型（Rosen和Dow;Evans和Adler;Steif）。不仅由于张力纤维的破裂而且由于压缩屈曲扭结的纤维都会引起树脂基质的破坏。结果，所有破坏的单向的层压板基本张量的硬度都会减小。2.1.2.沿横断面方向从横断面到纤维的正应力和剪切应力都是通过基质和纤维一起传递的。然而，他们的破坏效果主要发生在基质或者纤维与基质的交界处，最终导致脱离。通常在纤维和基质的连接处区域的粘合剂强度是对于单一成分强度比较的最低数值。变大的裂纹通过基质和纤维的

8、接触表面并且不用通过纤维材料就能沿着纤维传递。已经存在并逐渐开放的裂纹被认为是沿横断面方向的拉力载荷，反之，沿横断面方向压缩易碎的基质材料中“压碎的碎裂残片”是很典型的。在极端情况下，易碎材料承受冲击载荷会完全碎裂或者变成粉末。由于剪切载荷的作用，观察石墨环氧基树脂复合材料的断面，破坏的树脂是像狗颈部的毛一样。在剪应力作用下微裂纹产生过程中，在纤维之间的树脂会产生像锯齿一样或波浪形式的撕裂和凹坑---见HibbsandBradley或者SmithandGrove。以这