纤维增强复合材料强度理论的研究现状与发展趋势破坏分析奥运会

1、轩蟆增强复合材再售度理论的研究现状与发发后第“酿坏分析奥运会谭估综述.I»fllti«A«Svt<«<.tarts«WMtf14“一£K0taM.99rMlQimUKM虹MJall。，(»，!11aKR«aim«aBwu««f.倒电二<"£AM.XX&M”£MflVNMMOI*“dM!T-tB£.fIII,*【>>»!0O»Utt4l9««|l«t.UmiMb

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16、此不产生相互影响的最大应力破坏判据对单向复合材料的强度谱可以、要出现在有较大非线性变形的情况，预报的最大应变远远小于实测值并且预报的最终破坏强度谱也与给出基本合理的描述，虽然与考虑相互影响的破坏实验有距离当然实际设计中这种有很大非线性变形的结构一般并不多总体上,判据相比在一些载荷点给出的预报值比实测的单向复合材料强度要高相对其它参加评估的强度理论而理论的精度比，较高是目前最好的理论之一但该理论使用麻烦之处理论言该理论给出的多层板的初始破坏预报与实验符合，强烈依赖于复合材料的实验数据也是其明显的不足的较好通过仔细考虑单层板等效特性参数衰减初、始破坏后的卸载以及加载过程中对纤维的重新定向等措施，该

17、理论对考题中几乎每个层合板最终破坏析、该理论的许多重要特色都源自于考虑了一、理论分强度谱的预报与实验相比都在能够合理解释的范围之内另外尽管采用了线弹性材料性能除了个别，种破坏机理一，对单向复合材料的一个轴向横向横向剪切以及轴向剪切破坏强度谱的预报与的是，问题外该理论给出的应力应变曲线与实验相比也，一的预报很相似与理论不同在基本合理的范围内理论是目前精度最理论假设不同破坏机理之间彼此可能一高的理论之一？会相互关联该理论试图综合考虑多重非线性即剪切与压缩应力应变曲线,理论该理论应用最大应变破坏判据并考虑了层合板，但有时会遇到计算不收敛，的困难尤其对大变形或祸合非线性的情况往往不收敛另外也试图考虑三

18、维外加载荷引起的破坏但并没有相应的实验数据证实尽管该理论整体上的表现的剪切非线性与渐进破坏特性是一个三维理论对单向复合材料受剪切与法向载荷作用下的强度谱影响的破坏判据给出的预报值类似，该理论给出的预报值与其他一些不考虑应力间相互而对于受轴向还不错但进一步改进理论模拟与数值计算则是今后，需要做的工作？与横向作用的情况，该理论并不能得到与所提供的在应力平面内的双,理论可能在复合材料力学界最为有名的强度理论之一实验结果一致的横向压缩强度轴拉伸与双轴压缩象限该理论给出的强度预报值这种明显一就是,理论考虑了应力之间的相互影响一比其他几个推荐理论的预报值要高的多对单向复合材料理论的预报精度的确是最高，的非

19、保守预报峰值难以通过评估组织者提供的有限的然而对于层合板理论的表现并不是很理，实验数据验证该理论的另外一个特点是可以预报出因厚度方向破坏所引起的层合板的初始破坏哪怕沿，想该理论对层合板的初始破坏预报比较差对最终破坏强度谱的预报与其他几个理论相比也还有些欠佳由于理论使用了线弹性本构关系，厚度方向并未施加任何外载但目前还缺少直接的实，对层合验数据证实对层板非线性应力应变曲线的初始部分以及由纤维控制的最终破坏该理论的预报值与实，一板强非线性应变的预报与实验结果相差较远但理论与前面的个理论、次与验值的吻合较为合理采用了一种简单基本上也还有效的渐进破坏分析模式但可能在一些受力情况下，、理论相比要简单并非

20、很理想理论的总体表现不错，在较大今后发展尽管经过范围内与实验结果吻合或接近？破坏分析奥运会”的严格，、认真评理论理论是基于单层板受双轴应力破坏的大量估，有种强度理论的表现较为出色以内，但精度最高，的也只有差在如果严格要求预报值与实验值的误实验研究结果发展而成”参加此次破坏分析奥运，则精度更低，因此，总体上复合会评估的大多数理论都应用了某种方法分析基体断裂但，材料的强度理论还有待进一步发展对该问题的处理则异常烦琐通过引影响理论的发展背景不难理解该,需要指出的是，或许受材料力学教科书的入若干对照层的断裂机理并考虑断裂平面的方位角复合材料强度理论在很大程度上被简单的理度来实现鉴于解成了破坏判据但要分

21、析复合材料层合板的破坏与强度一般都需要历经个层面即本构理论应力计算破坏判据与刚度衰减因此复合材料强度,、评估表明的桥联模型是唯一可以计算“纤维和基体中热应力的理论、理论的发展也必须在这，个方面加以完善下面着，重针对的细观力学强度理论提出一些有待，一研究解决的问题见文【,第章页,本构理论虽然此次被评估的大部分强度理论中结合了某详细的应力计算公式见文献，一中第在航空航天应用中如火箭穿过大气层复合材料会因环境温度变化产生热应力其力学性能尤其强度将会受到影响进一步修正和改进桥联矩阵显然会提高这些应，种非线性本构方程但除了的理论外其他理，论所采用的本构方程一般都只是在线弹性本构基础之上考虑了某些单一方向

22、的复合材料非线性变形影力的计算精度破坏判据从前面的介绍可以看出宏观力学的破坏判据尤其是精度排在前一响这些本构模型基本上都与或者提出的剪切非线性模型和和在年在，相年提出的多模量非线性模型阳】同或相似、名的那些理论一般都较为成其本质是所得到的本构方程在形式上与线弹性本构方程相同正应力不产生剪应变剪应力不产生正应理论表变然而经典的塑性理论如明材料进入塑性后且存在应力祸合时剪应力将导致线应变正应力也产生剪应变十分明显一个完,、一熟，大致能反映复合材料的一些破坏规律比如，相对而言细观力学尤其,的强度理论所采用的最大正应力破坏判据则比较粗糙，根据该破坏判，据无论受到何种载荷作用只要基体中的第一主应力超过了

23、极限值就认为复合材料破坏了对应的外,善的复合材料非线性本构理论必须要满足所谓的一致性条件当纤维消失或变得与基体材料相同时由，该理论描述的复合材料本构方程能够蜕化成各向同一性基体材料的经典弹塑性本构方程从前一节的介绍可知致性条件，载定义为复合材料的强度但是各向同性材料特别是树脂基体材料单向拉伸强度与纯剪切强度通常并不相等而第一主应力计算则类似都分别等于外加，一应力于是若基体的拉伸强度为，、剪切强度或所有其他非线性本构方程都不满足该一,为，一那么，无论将其极限值定义为，都将导致对另一种加载强度的预报失真若与实测的相差粼当纤维消失即，当纤维变为基体材料时式明同样得出夙，页,式给出民，二，二李一取前者

24、则预报的拉伸强度与实验一致但预报的剪切强度，有乙珍、，若取后者则预报信与，珍因此，只有的已经证预报的拉伸强度又与实测的相差，理论满足上述一致性条件事实上文献【建立纤维增强复合材料非线性本构关系可知，的误差由于纤维分担了实验值之间至少将有基体强度的预报失真度会在对复合材料载荷使得对强度的预报中进一步放大因此，的充分必要条件是要确定纤维和基体中的内应力该破坏判据甚至、由式和式这一充要条件可以归结为对单层板的导致个主轴强度参数轴向拉压横向拉压的强度理论计算精度没能进入最高行列便不难得出结桥联矩阵心的确定再根据式维增强复合材料非线性本构理论完全可以通过论纤确定桥联矩阵的方法来建立要进一步完善纤维增强复

25、合材料的非线性本构理论也完全可以通过修正和，以及面内剪切强度都不能全部做到精确预报这是的一个主要误差源发展细观力学的破坏判据近期研究的一个重点，在现有应力计算的改进桥联矩阵来实现应力计算基础上进一步提高预报复合材料强度的精度应该是宏观力学的强度理论只需要确定每一个单层分担的应力就可以了，刚度衰减宏观力学强度理论中采用的刚度衰减比较成功，但宏观力学的分析方法难以确，定热应力或热残余应力因为热应力的出现是由于，尤其、理论的刚度衰减模型具有独到之纤维和基体的热膨胀系数不等所致，是纤维和基体、处从第、节的介绍可知，理论在本构方,中的内应力当复合材料本身不受任何外载完全不受约束可以自由伸缩时横截面上的应力为程应力计算破坏判据方面都十分平常但计算精在，度却达到了最高据此可以断定，的刚度及温度改变的情况下，尽管复合材料合应力为但纤衰减是行之有效的限于篇幅本文未对，维和基体的内应力不为这种热应力只能通过细观其他宏观力学强度理论的刚度衰减原理展开讨论如何借鉴这些比较成功的刚度衰减模型发展适合于细力学基于对组份材料分析的方法来确定观力学强度理论的有效刚度衰减算式也