多向层板与单向层板模式II分层破坏行为对比研究

摘要整理

多向层板因其优异的力学性能在结构应用中得到广泛应用，但复合材料层板断裂韧性评估主要依赖单向层板试样的测试结果。本研究评估了采用单向（UD）试样表征多向（MD）层板模式II分层行为的可靠性。通过数字图像相关（DIC）分析量化分层面积，结合物理能量释放率（ERR）方法确定断裂抗力，并与改进J-积分法和标准柔度法得到的ERR进行对比。断口形貌分析表明相同界面的试样具有相似的断裂机制。由于0°//0°界面处纤维嵌套诱发的大规模纤维桥接，物理ERR显著增加。相反，在0°//90°界面处，大面积基体开裂增强了本征断裂抗力，排除了纤维桥接提供的外在增韧作用。研究建立了等效应变能密度方法追踪分层扩展过程；不同铺层方式和界面类型表现出不同的破坏机制，改变了模式II韧性；将模式II断裂韧性分解为本征和外在两部分；总ERR法和J-积分法分别确定了GIIc的上下界。研究结果为复合材料层板分层破坏评估提供了重要参考。

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