叠层厚复合材料层板弯曲和层间剪切载荷下的尺寸效应与失效机制

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系统研究了正交铺层厚复合材料层板的弯曲强度和层间剪切强度的尺寸效应，重点关注试样厚度和固化诱发过热的耦合影响。对厚度范围为2.4~16.2 mm的正交铺层试样进行了实验测试，通过显微观察和数值模拟分析了失效机制。固化诱发过热随试样厚度增加而加剧，导致基体降解，与强度降低存在定量关联。针对现有尺寸效应模型（主要将强度降低归因于统计变异性或断裂力学尺度效应）的局限性，提出了改进的能量-统计尺寸效应模型，引入物理定义的损伤变量λT以表征固化诱发过热的影响。结果表明，随着试样厚度增加，弯曲强度和层间剪切强度分别下降约40%和22%，而主要失效机制保持统计不变性。与经典Bazant和Carpinteri模型相比，所提模型预测精度显著提高，特别是对于固化诱发热梯度不可忽视的厚层板。从工程应用角度，该模型为中心翼盒、风电叶片和卫星支撑结构等厚复合材料构件的强度预测和结构设计提供了理论依据，这些构件厚度通常超过标准试样尺寸，固化热梯度可能显著影响承载能力。

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