考虑含界面裂纹应力集中系数的复合材料强度计算

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1、第8卷第2期航空工程进展V01．8No．22017年5月ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGMay2017文章编号：1674—8190(2017)02-119-06考虑含界面裂纹应力集中系数的复合材料强度计算周熠，黄争鸣(同济大学航空航天与力学学院，上海200092)摘要：弱界面复合材料受横向拉伸时，界面会在材料整体破坏前发生脱粘，材料横向拉伸强度甚至远低于纯基体的拉伸强度。为了准确地预测弱界面复合材料的偏轴强度，需要考虑和量化纤维埋入及界面脱粘对基体现场强度的影响。定义考虑界面裂纹的应力集中系数，提出一种新的方法用于

2、预测弱界面复合材料在任意角度偏轴拉伸作用下界面脱粘对应的临界外加载荷和材料的整体强度；并对不同种类的复合材料进行算例分析。结果表明：加入新定义的应力集中系数可以明显提高预测的准确性。关键词：复合材料；桥联模型；应力集中；界面裂纹；材料强度中图分类号：TB33文献标识码：ADOI：10．16615／j．cnki．1674-8190．2017．02．001StrengthPredictionofCompositeMaterialswithConsiderationoftheStressConcentrationFactorwithInterfacialCracksZhou

3、Yi，HuangZhengming(SchoolofAerospaceEngineeringandAppliedMechanics，TongjiUniversity，Shanghai200092，China)Abstract：Whentheweakinterfaceofcompositematerialssubjectedtothetransversetensile，thedebondingoftheinterfacewillhappenbeforetheoveralldamageofthematerial，themeasuredtransversetensilest

4、rengthoftheweakinterracialbondingcompositeisevenmuchsmallerthantheoriginaltensilestrengthofthepurema—trix．Topredictitsoff-axialstrengthaccurately，theeffectoffiberembedmentandinterfaeialdebondingonin-situstrengthofthematrixneedstObeconsideredandquantified．Thestressconcentrationfactorisde

5、finedcon-sideringtheexistenceofcracksoninterfaces，andanewmethodispresentedtopredictthecriticalloadwhentheinterfacecrackoccursandthestrengthsofcompositesunderoff-axialtensile．Examplesaregivenfordifferentkindsofcompositematerials．Theresultscomparedwithexperimentaldatashowthattheaccuracyof

6、predictioncanbeimprovedobviouslybyconsideringthisnewstressconcentrationfactor．Keywords：compositematerials；bridgingmodel；stressconcentration；interfacecracks；materialstrength0引言界面性能对复合材料的横向力学性能具有重要影响叫，由此发展出了一系列含有界面强度的强度预测经验公式陪41和表征复合材料界面强度的细观‘”3和宏观‘8’103方法，例如P．B．N．Prasad等叫从能量角度分析了界面裂纹扩展过程

7、中工型和Ⅱ收稿日期：2017一01—12；修回日期：2017-03—14基金项目：国家自然科学基金(11272238，11472192)通信作者：周熠，976920979@qq．corn型裂纹能量释放率的变化规律。近十年来，随着试验仪器和方法的不断改进，国内外通过宏观力学试验进行了诸多针对界面的研究。例如，考虑到层合板中90。铺层的拉伸应力比单层板横向拉伸应力更容易控制，T．Hobbiebrunken等[121将特定铺层的宏观复合材料层合板置于SEM中进行三点弯曲试验，观察其界面的破坏过程；考虑到界面通常是在组合应力作用下破坏的，S．Ogihara等