增強材料

纖維增強材料由纖維、基體和界面層組成，各向異性與非均勻性是其強度的主要特點。根據(jù)纖維和基體材料種類以及復(fù)合工藝的不同，強度性能也不相同。碳纖維增強環(huán)氧是航空航天領(lǐng)域應(yīng)用最廣、制備工藝和理論分析最成熟的纖維增強材料。纖維的拉伸強度比環(huán)氧樹脂與界面粘結(jié)強度大得多，它的縱向拉伸強度Xt遠大于橫向拉伸強度Y與縱橫剪切強度S。縱向拉伸強度Xt也比縱向壓縮強度Xc大得多，原因是纖維容易發(fā)生局部微屈曲或彎折。預(yù)測單向纖維增強材料（單層板）破壞的強度理論有最大應(yīng)力準則和最大應(yīng)變準則。此外，為考慮X、Y、S三者的綜合影響，還建立了若干各向異性強度理論。最著名的是蔡–希爾準則和諾里斯準則；考慮拉壓強度不同的強度理論有蔡–吳應(yīng)力張量多項式理論和霍夫曼準則等。實際應(yīng)用中，纖維增強材料通常是多向纖維鋪設(shè)層合板。層合板的強度分析比單向板（單層板）要復(fù)雜些。在面內(nèi)載荷作用下，通常是某個單層最先破壞，其他各層完好無損，并能繼續(xù)承載。隨著載荷加大，相繼發(fā)生下一個較弱單層破壞，直至最終破壞。強度分析時要采用逐步加載，多次降級法。首先對無損層合板進行應(yīng)力分析，根據(jù)單層板強度理論確定第一破壞層，并將它的承載能力除去或折減，變?yōu)椤敖导墝雍习濉薄Ｈ缓笾匦路治龃_定下一個破壞層，直至最終破壞。當層合板受彎曲載荷作用時，情況更復(fù)雜些。層內(nèi)破壞與分層破壞常相伴發(fā)生，相互影響。層內(nèi)破壞可用前述方法分析，分層破壞需用層間剪切理論來分析。計算各層垂直厚度的層間剪應(yīng)力τz，若τz等于或大于層間剪切強度τc時，發(fā)生層間破壞。層間剪切強度τc可用短梁三點彎曲試驗測定。 2100433B