真空辅助树脂传递模塑工艺复合材料孔隙场景失效理论的评述与建议

摘要整理

纤维增强复合材料因其优异的比强度被广泛应用于各类结构。相比传统的树脂传递模塑（RTM）和高压釜工艺，真空辅助树脂传递模塑（VARTM）因成本低、工装处理简便而成为工业界的首选方案。VARTM工艺具有高生产效率和经济性，能够制造复杂、轻质的大型结构，适合大规模低成本生产。然而，VARTM工艺产生的复合材料中存在孔隙和纤维错向等缺陷，严重影响材料强度。孔隙是主要缺陷，无法完全消除，因此不考虑孔隙缺陷的设计将导致结构可靠性问题。传统失效理论多用于复合材料设计，但未考虑孔隙缺陷的影响，导致失效特征预测不准确。孔隙的存在引起应力应变不确定性，影响微裂纹、分层和断裂等失效机制。因此，正确选择和理解失效理论至关重要。本文综述了传统失效理论及考虑孔隙影响的相关研究，重点推荐了三类能够估算孔隙场景下复合材料强度的理论：基于损伤力学的离散损伤力学模型、基于断裂力学的虚拟裂纹闭合技术（VCCT）和基于微观力学的代表体积元（RVE）方法。这些理论已在有限元分析（FEM）中得到充分验证，可作为设计策略中节省时间和成本的有效工具，为复合材料设计提供更好的早期强度估算，提高设计实践的有效性。本文为在孔隙存在条件下（特别是大规模低成本工艺VARTM中孔隙含量较高的情况）选择合适的复合材料失效理论提供了指导。

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