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北京力学会第18届学术年会论文集：参评青年优秀论文 纤维表面粗糙度对复合材料力学性能的影响 姚 寅 陈少华 （中国科学院力学研究所非线性国家重点实验室，100190 ） 摘要：针对具有纤维交叉排列结构的复合材料系统，建立改进的剪滞模型研究界面改性过 程中纤维表面粗糙度对复合材料内部应力传输及其整体刚度的影响。考虑纤维和基体间为 理想界面，并以弹性方式传递应力。由计算结果发现界面剪应力将随粗糙度增加而减小， 从而使界面更为安全，而纤维应力基本不受粗糙度影响。同时复合材料刚度随粗糙度增加 而增大，体现了纤维表面物理改性对材料整体性能的增强效果。 关键词：纤维增强复合材料，表面粗糙度，剪滞模型，应力传输，等效刚度 一、 引言 纤维增强复合材料中具有惰性表面的纤维（碳、芳纶等）与基体粘结性能较差，易 导致界面脱粘失效现象出现[1]，因此需要对纤维表面进行改性处理。一种重要的改性方 法就是对纤维进行表面刻蚀以增加其粗糙度，使界面啮合情况更好，从而达到改善材料 整体性质的目的[2] 。本文提出改进的剪滞模型分析改性处理后的纤维粗糙表面对具有纤 维交叉排列结构复合材料内部载荷传输和整体刚度的影响。所得到的结果对于设计新型 复合材料具有一定的参考价值。 二、 理论模型 2.1 考虑纤维表面粗糙度的剪滞方程 对于纤维交叉排列的复合材料，我们根据已有研究[3]，选取代表元模型进行分析。 但与经典模型不同的是此时纤维表面为粗糙表面。 2.2 弹性应力传递下的控制方程 对于表面粗糙的纤维微元建立平衡方程：  2 2 G   2 2 d u1  1 dh du1  m u2 u1 4  2 2x E   (E )   1  sin ( ) 0   f dx 2 2 h dx f dx 2 1 h 2 2   (1)  2 2 G   2 2 d u2  1 dh du2  m u2 u1 4  2 2x E   (E )   1  sin ( ) 0   f dx 2 2 h dx f dx 2 1 h 2 2  复合材料等效刚度的解析形式：  国家自然科学基金10732050资助项目 Ⅰ-27 北京力学会第18届学术年会论文集：参评青年优秀论文  E (  ) Ee e f f 1 f 2 (2) e 2Ef 2[  ( (0)  (0))] u u f 1 L 2 1