【摘 要】
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纤维金属层合板(FML, Fiber Metal Laminate)相比于纤维增强复合材料(FRP, Fiber Reinforced Plastic),有着更好的抗冲击、耐疲劳性能,而且可应用与功能器件与结构材料的集成,是实现多功能结构一体化设计的一个重要途径。然而金属-纤维的粘接往往导致结构系统中产生几何不连续界面,成为失效起点,是降低原有结构性能和破坏结构完整性的主要原因。本文通过研究加入金
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纤维金属层合板(FML, Fiber Metal Laminate)相比于纤维增强复合材料(FRP, Fiber Reinforced Plastic),有着更好的抗冲击、耐疲劳性能,而且可应用与功能器件与结构材料的集成,是实现多功能结构一体化设计的一个重要途径。然而金属-纤维的粘接往往导致结构系统中产生几何不连续界面,成为失效起点,是降低原有结构性能和破坏结构完整性的主要原因。本文通过研究加入金属薄膜后DCB试样的界面断裂特性,探讨了影响其断裂韧性以及裂纹扩展稳定性的因素。
其一,采用双悬臂梁DCB试验,测定了不同铺层角度下,含与不含铝合金薄板,以及Interleaf胶膜的复合材料层合板结构的I型层间断裂韧性,观察并分析了其断裂行为,明确铺层角度、埋置件、粘接剂对层间断裂韧性以及动态裂纹扩展行为的影响。
其二,以不同Interleaf胶膜的DCB分层扩展试验为基础,深入探讨引入不同胶膜层后的增韧效果、界面破坏模式及其破坏路径的差异;基于动态断裂力学定量评估裂纹扩展过程中的起裂韧性GIinitC和止裂韧性GIarrC等动态断裂力学参数,为预测动态裂纹扩展提供数据。
其三,基于断裂力学中动态裂纹扩展的能量理论,发展了适用于描述具有Interleaf层DCB试件的非稳定裂纹扩展行为的预测模型;基于DCB试验资料确定起裂韧性GIinitC和止裂韧性GIarrC的动能变化关系,导出了非稳定裂纹扩展的动态韧性值GIdynC的表达式;利用ABAQUS有限元软件中虚拟裂纹闭合技术(VCCT)分析了准静态下DCB试件的非稳定裂纹扩展过程,以及裂纹在界面处不同传播路径的能量释放率。
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