多向界面分层断裂韧性的整体测定及数值参数在分层分析中的应用

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分层是纤维增强复合材料结构完整性的主要威胁。断裂韧性是评估分层的决定性材料参数。实际结构通常采用多向铺层设计，但现有数值分层分析中忽视了界面取向相关的断裂韧性值和R曲线效应。本研究系统调查了不同界面铺层取向的断裂韧性值，并在Ⅰ型断裂模式中考虑R曲线效应以提高仿真精度。通过实验测定不同界面铺层取向的Ⅰ型、Ⅱ型及混合型断裂韧性值，采用内聚区模型对表征试件进行数值分析验证。建立了多向复合材料结构中层间分层的实验表征和综合数值建模的工程方法论，并给出了M21-T700GC预浸料四种不同界面的完整参数集。研究表明，采用标准0°//0°界面参数会导致过度保守的结果，而使用界面特异性参数可显著提高精度。利用超声扫描对DCB试件的裂纹前缘形状进行对比验证。不仅载荷-位移曲线得到准确捕捉，裂纹前缘形状也得到很好再现。这证明通过微观效应的平均化处理，中观尺度模型能够从现象学角度正确描述材料行为，适用于工业应用。

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