刘广彦 北京理工大学宇航学院力学系

 

    研究背景

 

    纤维增强复合材料通常是由纤维和基体两种不同性质的材料通过物理或化学的方法组合而成，两种材料在性能上取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组分材料而满足各种不同的要求。纤维增强复合材料具有高比强度、高比模量、耐疲劳、耐腐蚀、材料和结构可一次性整体成型等优点，自上世纪60年代问世以来，很快在航空航天、新能源、兵器和船舶等领域得到了广泛的应用。近年来，随着航空工业的飞速发展，尤其是作为复合材料革命代表的波音787（复合材料占其重量的50%）的研发和投入使用，纤维增强复合材料的发展迎来了又一个春天。在外部载荷作用下，纤维增强复合材料通常会表现出复杂的破坏形式，如纤维断裂（fiber breakage）、纤维拔出（fiber pullout）、基体裂纹（matrix cracking）、纤维/基体界面脱粘（fiber/matrix debonding）、以及层合板的分层（delamination）等。这些破坏形式常常相互作用使得复合材料刚度和强度降低，导致复合材料构件功能失效，甚至可能引发灾难性后果。这就迫使人们必须研究清楚复合材料在特定载荷下的破坏机理，从而为复合材料的设计、可靠性分析和寿命预测提供理论依据。