考虑尺寸效应和温度影响的纤维增强树脂基复合材料的界面剪切行为研究

发布时间：2024-02-14 23:55

　　随着复合材料在工程和生活中越来越广泛地应用,为满足其设计和使用的需求,对复合材料结构和性能的研究提出了新的挑战。界面作为复合材料中各组分材料最优化组合的桥梁,在保证材料的耐用性和稳定性中扮演着重要的角色。因此,界面的结构研究与性能表征、应力传递机理以及优化控制始终是复合材料界面领域中的热点研究课题,也是复合材料制造中的关键。复合材料的界面力学作为一个历久弥新的问题,虽然其重要性已经被广泛接受,对这方面的研究也有了很大的进展,但在细观尺度上对界面的力学性能实验表征、应力传递行为以及失效机理还没有统一的认识。在微观尺度上存在许多损伤机理,如纤维的脆性断裂、基体的塑性屈服和破坏、纤维/基体之间的脱粘等。然而,通常很难从宏观力学实验中判断出哪种损伤机理在宏观试件破坏过程中起主导作用。这是因为复合材料在固化加工和测试过程中界面会出现剪切和拉伸等复杂的应力状态,而且界面的粘结破坏往往会被所伴随的基体开裂、纤维断裂等损伤所掩盖。另外,在数值或理论方面,对同一界面实际问题使用不同的界面模型,即不同参界面模型的参数,常常会获得不同的机理,所得的预测结果与实验数据吻合的不好。因此,界面细观力学的实验表征方...

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 纤维增强聚合物复合材料的概述
        1.2.1 组分结构
        1.2.2 界面相
    1.3 纤维增强聚合物复合材料的界面力学研究现状
        1.3.1 细观实验表征
        1.3.2 细观理论模型
        1.3.3 损伤模式
        1.3.4 影响界面性能及行为的因素
    1.4 本文的研究目的和内容
        1.4.1 本文的研究目的
        1.4.2 本文的研究内容
    1.5 本文的组织形式
第二章 微珠剥离实验
    2.1 引言
    2.2 试样制备
        2.2.1 原料
        2.2.2 单纤维复合材料试样的制备
    2.3 影响实验的因素
        2.3.1 微珠的几何形状
        2.3.2 纤维自由端长度
        2.3.3 刀片间隔距离
        2.3.4 测试温度
        2.3.5 位移加载速率
    2.4 室温下微珠剥离实验
    2.5 结果与讨论
    2.6 本章小结
第三章 尺寸效应对界面性能及行为的影响
    3.1 引言
    3.2 界面理论模型
    3.3 有限元模拟
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 微珠剥离实验结果分析
        3.4.2 对界面剪切强度的影响
        3.4.3 对界面应力和损伤模式的影响
    3.5 本章小结
第四章 温度对界面性能及行为的影响
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 原料及试样制备
        4.2.2 微珠剥离实验
        4.2.3 随温度变化的材料参数
    4.3 考虑温度效应的界面理论模型
    4.4 有限元模拟
        4.4.1 可控温度下微珠剥离实验的数值模拟
        4.4.2 不同温度环境下的微珠界面法向应力数值模拟
    4.5 结果与讨论
        4.5.1 不同温度下的微珠剥离实验结果
        4.5.2 界面力学模型的验证
        4.5.3 受温度影响的界面力学性能及行为
        4.5.4 参数化分析
        4.5.5 界面法向应力分析
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
附录1 第三章UEL程序
附录2 第四章UEL程序
附录3 加载速率对界面性能及行为的影响
参考文献
作者简介
攻读博士期间主要研究成果



本文编号：3898833