另外,式(14)中的右邊兩求和項即為尾區橋聯纖維的存在而使裂尖應力強度因子減小的量。為方便起見,橋聯纖維對微裂紋擴展的阻滯效應大小可用參數表示為:=K0-KK0(15)值越大,說明橋聯纖維對基體微裂紋擴展的阻滯效果越好。
算例與分析體積分數為50%的SiCr纖維陶瓷基復合材料,材料原始參數取值為Ef=200Gpa、Em=85GPa、Vf=0.50、纖維半徑r=0.5m、纖維斷裂強度為s=12GPa、纖維基體的界面摩擦剪應力=3.5MPa,初始裂紋長度s=1.4mm、裂紋擴展長度s-s0=10m、遠場外加應力0=100MPa.
纖維的體積比對裂紋擴展阻滯效應的影響保持其他原始參數不變,改變纖維的體積分數Vf,則橋聯纖維對基體微裂紋擴展的阻滯效果與纖維體積分數之間的影響關系曲線如所示。從中可以看出,纖維的體積分數越大,裂紋就越不容易擴展,主要是因為纖維的承載能力遠大于基體的承載能力。
保持其他原始參數不變,改變纖維與基體之間的摩擦力大小,則橋聯纖維對基體微裂紋擴展的阻滯效果與摩擦力大小之間的影響關系曲線如所示。從中可以看出,界面上摩擦力越大,裂紋就越不容易擴展,主要是因為從能量角度考慮,基體與纖維間的脫粘摩擦力可以消耗能量,從而阻礙了裂紋的擴展。
界面摩擦力對裂紋擴展阻滯效應的影響4結論從纖維增強復合材料中纖維對裂紋擴展的阻滯的橋聯和拔出的物理機理出發,建立了橋聯纖維增韌的簡化分析模型,推導出纖維對復合材料基體微裂紋擴展的阻滯效應的解析計算公式。并可得出:(1)在其它性能參數一定的情況下,纖維的體積分數越大,裂紋就越不容易擴展,阻滯效果越好;(2)纖維與基體間的摩擦力越大,阻滯效果越好。
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