航空级碳纤维增强复合材料多向层板Ⅱ型分层扩展行为的温度效应

摘要整理

复合材料层板易发生分层破坏。目前关于温度对层板Ⅱ型分层影响的研究仍然不足，特别是对多向层板的研究更为缺乏。本文系统开展了试验和数值研究。采用端部缺口弯曲试验装置，在−50 °C、23 °C、80 °C和130 °C四个温度下对航空级T800/环氧树脂多向层板进行分层试验，测量了预裂纹和非预裂纹断裂韧性以及R曲线。非预裂纹断裂韧性受温度影响，−50 °C、23 °C和80 °C下的数值相近，而130 °C时比23 °C时降低34.14%。预裂纹断裂韧性对温度的依赖性可忽略不计，且明显高于非预裂纹断裂韧性。在不同温度下的试样中观察到R曲线现象，随分层长度增加呈良好的线性增长。−50 °C～80 °C测得的R曲线相似，明显高于130 °C的R曲线。此外，−50 °C～23 °C温度范围内的桥接应力低于80 °C和130 °C的高温条件下的桥接应力。基于内聚区模型建立了Ⅱ型分层扩展行为的数值模拟框架。预测结果表明，内聚单元的合理界面强度随温度升高先增后减。同时揭示了温度对裂纹尖端周围损伤区域的影响规律。

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