拉—拉循环载荷作用下纤维增强复合材料界面疲劳特性的研究
该文以复合材料的界面特性研究为出发点,基于剪切筒模型,应用弹性力学和断裂力学的基本理论,充分考虑界面的摩擦损伤,对纤维增强复合材料中纤维与基体界面在拉-拉循环载荷作用下的脱粘行为进行研究.考虑纤维复合材料的受力特点以及工程应用中材料组分的不同作用,在综合分析已有研究模型的基础上,建立了该文的理论加载模型.在模型中,考虑基体剪切应力沿半径方向的变化和材料泊松比,应用库仑摩擦定理给出界面摩擦应力的表达式.把模型分成粘结区和脱粘区两部分,分别推导了粘结区和脱粘区的组分材料及界面的应力表达式;应用了一个描述脱粘界面摩擦系数随载荷作用次数变化的公式,考虑了脱粘界面的粘结退化.该文将复合材料的弹性模量替换为疲劳模量,以载荷作用次数为循环变量,对界面疲劳特性指标如界面裂纹扩展速率等进行了计算;并对变幅载荷作用下的界面脱粘情况进行了研究.纤维或基体表面的涂层是常见的复合材料加工技术手段,以往的研究中未给予充分考虑.该文建立了考虑纤维表面涂层的双剪切筒模型,分析了涂层厚度、涂层材料的特性对纤维与基体界面疲劳的影响,结果发现由涂层、纤维和基体形成的两个界面在循环载荷作用下表现出来的脱粘行为存在差异,这种差异会影响复合材料的整体特性,且基体与涂层之间界面更易脱粘,这种差异应在以后的研究中给予充分重视.该文的研究为工程材料与结构的疲劳寿命预测及安全评估提供了一定的理论依据和研究方法,也为材料的开发及优化设计奠定了理论基础.
纤维增强复合材料;界面脱粘;疲劳;刚度衰减;两级载荷;涂层;腐蚀
北京交通大学
博士
固体力学
石志飞
2003
中文
TB33;TB301
121
2005-05-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）