【2017年整理】交变载荷作用下纤维增强密封复合材料界面脱黏研究.pdfVIP

16 交变栽荷作用下纤维增强密封复合材料界面脱黏研究 2014年10月 交变载荷作用下纤维增强密封复合材料界面脱黏研究 吴登科，顾伯勤+ (南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京 210009) 摘要：界面脱黏是纤维增强密封复合材料界面破坏的主要表现形式，其可视为一种特殊的裂纹扩展。本文基于剪滞模型 研究了纤维增强密封复合材料中纤维和基体界面在交变栽荷作用下的裂纹扩展规律。在考虑疲劳加载引起的脱黏界面损伤 和损伤分布不均匀性以及材料泊松比影响的基础上，建立了等效Paris公式，得到了疲劳裂纹扩展长度、扩展速率、界面上摩擦 系数和加载次数之间的关系。 关键词：界面脱黏；复合材料；裂纹扩展；疲劳；交变载荷 中图分类号：TB332文献标识码：A 文章编号：1003-0999(2014)10-0016-05 1 引 言 (1)纤维和基体为线弹性各向同性材料； 纤维增强密封复合材料(SFRC)由于具有压缩 (2)纤维和基体之间完全依靠界面传递剪应 回弹性能和密封性能好的优点，在诸多领域得到了 力。 日益广泛的应用。复合材料是一种由基体、增强纤 维和界面组成的多相材料。基体与增强纤维之间的 界面是复合材料的重要组成部分，界面对于应力传 递起着非常重要的作用¨J。界面的抗疲劳性能也直 接决定了材料和结构的整体宏观疲劳特性【2J。界面 疲劳特性的研究已成为复合材料性能评价方法研究 的一个重要方面¨1。 文献[4—6]分别研究了不同循环载荷作用下界 面裂纹扩展行为，但文献[4，5]的研究中并未考虑 界面损伤不均匀性对界面裂纹扩展的影响，而文献 oi％ [6]中未计及泊松比对裂纹扩展的贡献。本文基于 剪滞模型，并根据能耗率与应力强度因子的等效关 图1剪滞模型 model 系，研究交变载荷作用下界面疲劳脱黏规律，建立疲 Fig．1Shear-lag 劳裂纹扩展长度、扩展速率、界面上摩擦系数和加载 次数之间的关系。 2几何模型 本文基于单纤维拉拔试验建立如图1所示剪滞口曲 模型。纤维外径为2n，橡胶基体外径为26，筒长为 ￡，z为初始脱黏长度。试件基体底端固定，对纤维下 端施加交变拉伸载荷，试件上端自由。交变拉伸载 荷的施加方式如图2所示，为锯齿状载荷谱，载荷幅 图2加载方式 值为盯。。一矿…。 Fig．2Loadingprocedure 本文研究中作如下基本假设： 收稿日期：2014．05—10 基金项目：国家自然科学基金资助项目 作者简介：吴登科(1987一)，男，硕士，主要研究密封复合材料界面特性。 通讯作者：顾伯勤，教授，bqgu@njtech．edu．cn。 FRP，CM2014．No．10 万方数据 2014年第10期 玻璃钢／复合材料 17 3界面疲劳脱黏表征方法 材料在施加外加载荷后内部结构演变和破坏过 ri乩小in(警一等) (6) 程是一个能量转化过程]。界面脱黏可以看成是一 交变载荷作用下，脱黏界面不断磨损，界面越来 种特殊的裂纹扩展。根据文献[7—9]，考虑摩擦力越光滑，摩擦系数不是一个常数。根据文献[4]，界 的作用，对于带有初始裂纹的线弹性体，裂纹扩展时 面摩擦系数可表示为： 表面的能量释放率为： 弘(Ⅳ，二)=晰+(po一心)