材料科學(xué)與工程導(dǎo)論(編輯修改稿)
2025-10-08 21:23 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 這種類型復(fù)合材料的失效是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程 ， 而且?guī)追N失效模式都有可能 。對(duì)一種具體的復(fù)合材料 ， 起用那種模式由纖維和基體的特性以及纖維 基體界面鍵合的本質(zhì)和強(qiáng)度決定 。 如果我們假設(shè) εf*εm*圖 （ 這是通常的情形 ） ， 那么纖維先于基體失效 。 一旦纖維斷裂后 ， 纖維承受的絕大部分載荷將傳遞給基體 ， 如果這種情形屬實(shí) ， 可以將這種類型復(fù)合材料的應(yīng)力表達(dá)式 改編成下面的復(fù)合材料軸向強(qiáng)度表達(dá)式 ， σcl* ： σcl * =σ’m (1 ?Vf ) +σf*Vf () 這里 ， σ’m是纖維斷裂時(shí)基體中的應(yīng)力 （ 如圖 所示 ） ；同樣 σf*是纖維拉伸強(qiáng)度 。 橫向拉伸強(qiáng)度： 連續(xù) 、 單軸取向纖維復(fù)合材料是高度各向異性的 ， 這類復(fù)合材料通常設(shè)計(jì)成沿高強(qiáng)度的軸向加載 。 然而 ， 在服役應(yīng)用過(guò)程中 ， 也存在橫向拉伸載荷 。 在這種情況下 ， 因?yàn)闄M向強(qiáng)度通常極低 —— 有時(shí)低于基體的拉伸強(qiáng)度 ， 有可能導(dǎo)致過(guò)早失效 。 因此實(shí)際上 ， 纖維的增強(qiáng)效應(yīng)是負(fù)的 。 表 包含了三種典型的未取向復(fù)合材料的橫向拉伸強(qiáng)度 。 軸向強(qiáng)度主要由纖維強(qiáng)度決定 ， 橫向強(qiáng)度將受到一系列因子的顯著影響 。 包括： 纖維和基體的特性 、 纖維 基體鍵合強(qiáng)度和孔洞的存在 。 二 、 不連續(xù) 、 取向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 盡管不連續(xù)纖維的增強(qiáng)效率不如連續(xù)纖維的效率高 ， 不連續(xù) 、 取向纖維復(fù)合材料在商業(yè)市場(chǎng)上的重要性正在逐漸增加 。 切短的玻璃纖維的應(yīng)用最廣泛 。 也使用碳和芳族聚酰胺不連續(xù)纖維 。 目前可以生產(chǎn)出彈性模量和拉伸強(qiáng)度分別達(dá)到連續(xù)纖維對(duì)應(yīng)物的 90% 和 50% 的短纖維復(fù)合材料 。 一個(gè)均勻分布的不連續(xù)、取向的纖維復(fù)合材料，而且 l lc，軸向強(qiáng)度 σcd*由下面關(guān)系式給出： σcd * = σ’m (1 ?Vf ) +σf*Vf (1 ?lc/ 2l ) () 其中 σf*和 σm’分別代表纖維的斷裂強(qiáng)度和復(fù)合材料失效時(shí)基體中的應(yīng)力。 如果 纖維長(zhǎng)度小于臨界值 ， l lc，那么軸向強(qiáng)度 σcd*由下式給出： σcd39。* =σ’m (1 ?Vf ) + Vf lτc/ d () 其中， d 是纖維直徑； τc是纖維 基體鍵合強(qiáng)度和基體剪切屈服強(qiáng)度兩者中小的一個(gè)。 三、不連續(xù)、隨機(jī)取向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 當(dāng)纖維隨機(jī)取向時(shí)，使用短的不連續(xù)纖維。在這種情況下，可以使用類似于式 彈性模量的 “ 混合規(guī)則 ” 表達(dá)式： Ecd = KE fVf + EmVm () K 是 纖維效率參數(shù) ， K 依賴于 Vf 和 Ef /Em 比值。 K 的值小于 1，通常在 到 范圍內(nèi)。對(duì)隨機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，（與取向纖維比較）模量增加與纖維的體積分?jǐn)?shù)成某
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