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基于纤维束复合材料测试的界面粘接性能评估方法及强度模型

纤维束复合材料,单向纤维层合板,界面粘接

纤维束复合材料（Fiber bundle composite，FBC）测试是一种新颖的评估复合材料中纤维与基体之间粘接性能的实验方法。该方法通过将一束纤维嵌入聚合物基体来模拟单向纤维层合板在承受横向拉伸或层间剪切载荷时内部发生破坏的部分。实验研究表明，FBC试件的强度可以作为表征纤维/基体的界面粘接性能的一个相当敏感的力学指标，而且与相应的单向纤维层合板强度在趋势上具有良好的相关性。本研究基于Griffith断裂强度理论和Yamada-Sun拉剪耦合强度理论分别建立了横向纤维束拉伸（Transverse fiber bundle tension，TFBT)和纤维束剪切（Fiber bundle Iosipescu shear，FBIS）试验中界面区域发生断裂时临界应力与相应的单向纤维层合板强度之间的关系模型，进而提出了具有统一的数学形式的FBC强度模型（σ^-2=δ₁σ₁^-2+δ₂σ₂^-2），为FBC测试在纤维增强复合材料的纤维/基体界面强度评估中的应用提供了理论基础。在此基础上，应用该方法探讨了多种纳米相（例如碳纳米管、富勒烯纳米颗粒和石墨烯）引入纤维增强环氧树脂基复合材料后，对多尺度复合材料的界面粘接性能进一步增强的效应和机理。