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1、第1期纤维复合材料.,2995年3月F旧ERCOMPOS!TESMar1995专题研究论纤维增强复合材料的失效准则汪凌云(重庆大学)提要本文对迄今为止所出现的各种纤维增强复合材料的失效准则进行了全面深入的分析和,,。讨论论证了它们的合理性和不足之处并提出了改进途径关键词纤维增强复合材料失效准则,,ABSTRACTInthisPaPerafullthoroughanalysisanddiseussionoffailureeriteriaorrereinreeeoositeaterialsuPtonoaren飞ade,therationalityandshort-ffib
2、fodmPmwerev·onsareor·eomingofwhiehariewedSonlein飞ProvenlentsuggestiPutfwardaswell、一别舀,。近年来纤维增强复合材料的力学行为是受到极大关注的一个课题这些材料具有很高的,,,。强度重量比因此在许多结构中它们一直优于金属合金而被选用,,复合结构设计中一个重要因素是对材料的强度特性的表征为此目的近些年来发展了很多失效准则。本文将着眼于针对纤维增强复合材料提出的几种不同的理论,并把讨论限制在准,、、。静态宏观失效上不考虑疲劳断裂蠕变和微观损伤等现象失效准则的目的是以数学方式预报在任何给定载荷条件
3、下失效是否发生。它的准确性只能通过预报结果和实验结果的吻合度来判定。定义失效准则时.其理想情况是,所定义的失效,,。,参数要尽可能少就各向同性材料而言这容易办到众所周到只要知单轴载荷条件下的失效,。准则就可以发展出复杂载荷条件的失效准则而纤维增强复合材料的失效与各向同性材料大,,,。不一样它与载荷作用方向密切相关因此需要更多参数来描述失效准则,,最近提出了许多关于纤维增强复合材料和各向异性材料的失效准则本文将对它们予以评述、分析和论证。,在纤维增强复合材料的失效准则的研究中通常假定材料中的一层或一层片处于平面应,,,,力状态并使参考轴与材料的对称轴一致即与纤维方向成一
4、条直线这样层中正应力可用a,、处,:12,。,;12。代表切应力可用代表一吻一就足以描述三维应力空间的失效包络又规定在单轴载荷作用下,1、2方向上的拉伸失效应力x、Y表示,相应的压缩失效应力用X‘、Y’表示。当纤维复合材料1995年,,、。薄层的主轴与载荷成某一角度e时则此层定义为偏轴层偏轴层的拉压强度分别用u和,。,‘5:。u;表示。一士45的偏轴层处于纯剪切应力状态此时的强度分别用s和S汤表示二、最大应力和最大应变失效准则,,,前已述及纤维增强复合材料的强度大大依赖于载荷的方向同样在受拉受压时不同的,,失效机理将导致不同实际载荷下的失效对于这类材料可以从各向同性最
5、大应力失效准则的:直接扩展推广得到最简单的失效准则‘一X镇。,簇X一’吸Y(Y簇(1):,:一S镇簇S:各向同性最大应变准则的一个相似的扩展会产生下式‘。E:。1X/E:。兀-一X/簇镇一亢吸-一Y‘/E:(。:(X/E:一。麦(2)l:Y,:SG,2一S/G簇簇/EI:,,:。,这里和E是杨氏模量G是材料主轴方向的剪切模量假设失效前呈线性变化等式,:2给出的失效包络在应力空间变为u,:UZ-__、r,、’1+l+巧晰2叭吸一X,口‘“论处十入又’1一u::UZz头气了二又瓦1。:‘(了:。。,。了:飞一Y镇簇+Y(3):,:一S簇簇Ssn二1:UZ:。这条失效包络只
6、有在Poiso~一O时才与条件(1)一致,、根据A认A[l〕复合结构小组委员会的报告(1)(2)两种准则是复合结构设计者用的最,。广泛的被报告的回答者超过50%宣称用了其中之一这些准则的普及在于它们的简便而不是准确性。实验结果似乎表明最大应力准则对低模量复合材料结果良好,而最大应变准则是一些低剪切模量复合材料的代表。三、H扭型失效准则,。1948年Hil[2〕提出一个描述各向异性金属塑性屈服的准则后来被推广到用来预报纤,。维增强复合材料的失效并导致其他失效准则的发展。。lsHi把Mise理论推广到各向异性材料提出各向异性金属屈服准则应满足以下条件,,,它必须是二次形式
7、;所有二次表达式中的线性项为首先第二假定抗拉抗压强度相同,。,;零第三参考轴必须取得与正交各向异性的主轴一致要满足这些条件准则必须表示成以下:形式Zf(al』F叱)2+al2。123T12)=(处一G(几一)+H(一吨)+ZL谁+ZM釜+ZN诸=1(4)、、、、。,其中FGHLM和N是材料的特性常数在Hin的原始提法中这些值是从材料的主。、、、:方向的屈服应力获得的FGHN的值为:l期汪凌云论纤维增强复合材料的失效准则ZN=1/52ZF~lYZl22Z/十/一l/X(5)ZG=l/XZ2”+l/2一1/YZH=l/XZZ2+l/Y一l/2,。,:在平
