石英光纤与树脂界面剪切强度实验研究

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1、第42卷第6期2010年12月南京航JournalofNanjing空航天大学UniversityofAeronautics学报&AstronauticsV01．42No．6Dec．2010石英光纤与树脂界面剪切强度实验研究刘荣梅梁大(南京航空航天大学航空宇航学院开，南京，210016)摘要：为了克服无法精确控制光纤埋入长度和埋入方向等缺．占、，重新设计了光纤单丝拔出实验。有限元计算结果表明，新旧方法下，光纤各部分剪切应力的分布规律相同，且各相应应力数值误差不超过5％。根据原理设计了纤维穿透基体的光纤拔出实验模具，并

2、进行了普通单模光纤以及碳涂敷单模光纤与基体材料间界面剪切强度实验研究。光纤单丝拔出实验现象表明，光纤涂敷层与内部包覆层间界面平均剪切强度较低，因该强度值与光纤周围的基体材料上承受的沿光纤轴向的正应力相关，若将光纤埋入到复合材料中去，轴向载荷不宜过大，否则会出现光纤涂敷层和包覆层之间界面剪切剥离，产生裂纹，从而降低整体结构的力学性能。关键词：光纤；智能材料；界面中图分类号：TB301文献标识码：A文章编号：1005—2615(2010)06—0758—06InterracialShearStrengthBetweenO

3、pticalFiberandResinLiuRongmei，LiangDakai(CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Tocontrolthelengthandthedirectionoftheembeddedfiber，theopticalfiberpull—outtestisre—designed．Accordingtofiniteelemen

4、tresults，theshearstressdistributionsonfiberpartsduringthenewdesignedtestareaccordancewiththatoftheformerones．Themaximumexperimentalerrorforconespondingstressislessthan5％．Therefore，anewmodelwithfiberpenetratingmatrixisdesigned．Testsarecarriedouttostudytheinterfa

5、cialshearstrengthbetweentheembeddedopticalfiberandthematrix．Twokindsofopticalfibers，normalsinglemodefiberandc—coatedone，arestudied．Fiberpull—outtestresultsshowthatthemeaninterfacialshearstrengthbetweenthecoatingandthecladisweak—er．SinCetheinterfacialshearstress

6、betweenthecoatandthecladiSrelatedtothenormalstressofthematrixaroundtheembeddedopticalfiber，theappliednormalloadonsmartcompositeislimited．Other—wise，oncethematerialisoverloaded，flawsareappearedbetweenthecoatingandthecladoftheopticalfiber．Itdecreasesthemechanical

7、performanceoftheformedintelligentstructure．Keywords：opticalfibers；smartmaterial；interface20世纪70年代，美国的R．O．Clause等人将光纤埋入聚合物基碳纤维复合材料中，使材料具有感知应力和断裂损伤的能力，并称之为自适应材料。该实验同时也被认为是智能复合材料的首次实验。光纤智能复合材料既能发挥复合材料的优异性能，又可以对材料结构的应力‘1

8、、应变‘引、损伤状态[33等进行长期实时在线监测，因此光纤智能复合材料在工程上应用越来越

9、广泛‘¨]。光纤埋人复合材料后，与基体材料之间会形成界面，该界面会对结构的性能产生影响∽¨。因此智基金项目：国家自然科学基金(60907038)资助项目；江苏省自然科学基金(BK2008388)资助项目；南京航空航天大学基本科研业务费专项科研(NS2010012)资助项目。收稿日期：2010—01-15；修订日期：2010—06—12作者简介：