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纤维桥连对复合材料Ⅰ型层间断裂韧性的影响

张龙, 王波, 矫桂琼, 黄涛   

  1. 西北工业大学 力学与土木学院, 陕西 西安 710129
  • 收稿日期:2012-05-23 修回日期:2012-09-21 出版日期:2013-04-25 发布日期:2013-04-23
  • 通讯作者: 王波,Tel.: 029-88431025 E-mail: b.wang@nwpu.edu.cn E-mail:b.wang@nwpu.edu.cn
  • 作者简介:张龙 男, 博士研究生。主要研究方向: 复合材料和结构的力学行为。 Tel: 029-88431027 E-mail: zhanglongspring@163.com;王波 男, 博士, 副教授, 硕士生导师。主要研究方向: 复合材料和结构的力学行为。 Tel: 029-88431025 E-mail: b.wang@nwpu.edu.cn;矫桂琼 男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向: 先进复合材料在航空航天结构上应用的力学问题, 复合材料的损伤、 断裂及其力学机理, 复合材料力学行为的数值模拟及仿真, 复合材料的界面力学, 复合材料的层间增韧及其机理, 多相材料的尺度效应。 Tel: 029-88431023 E-mail: jiaogq@nwpu.edu.cn;黄涛 男, 博士, 副教授, 硕士生导师。主要研究方向: 复合材料结构力学, 材料科学, 航空航天科学与工程。 Tel: 029-88431026 E-mail: huangt@nwpu.edu.cn

Influence of Fiber Bridging on Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Composites

ZHANG Long, WANG Bo, JIAO Guiqiong, HUANG Tao   

  1. School of Mechanics, Civil Engineering and Architecture, Northwest Polytechnical University, Xi'an 710129, China
  • Received:2012-05-23 Revised:2012-09-21 Online:2013-04-25 Published:2013-04-23

摘要:

采用ASTM D 5528标准对T700/9916复合材料单向板进行了试验,研究了双悬臂梁(DCB)试验中桥连纤维对Ⅰ型层间断裂韧性的影响。根据试验观察,提出桥连区存在单(s区域)、双纤维桥连区域(d区域)的分析模型,其中d区域内一点上桥连纤维的数量是s区域的两倍;通过对桥连纤维和悬臂梁相互作用的分析,推导出呈指数形式递减的单根纤维桥连力-转角函数。由此得到整个悬臂梁的桥连力函数,并对DCB试验进行了分析,得到的模拟曲线与试验曲线吻合较好。研究结果表明本文提出的纤维桥连模型能够真实地反映桥连纤维在裂纹扩展过程中的作用方式。

关键词: 复合材料, 断裂韧性, 桥连纤维, 纤维桥连模型, DCB试件

Abstract:

T700/9916 composite laminate specimens are tested according to ASTM D 5528 standards, and the fiber bridging effect on Model I interlaminar fracture toughness is investigated in double cantilever beam (DCB) tests. From experimental observation, a model with single (s zone) and double fiber bridging zone (d zone) is proposed. The number of bridging fibers on a point of the d zone is twice as large as that on a point of the s zone. From an interaction analysis between the bridging fibers and the beam, an exponentially decreasing function of single fiber bridging force versus angle is built. Based on the analysis above, a DCB model involving the bridging force function of the whole beam is established. The simulation results show a satisfactory agreement with test results. The present fiber bridging model reflects how bridging fibers act in the process of crack propagation.

Key words: composite, fracture toughness, bridging fiber, fiber bridging model, DCB specimen

中图分类号: