另外,式(14)中的右边两求和项即为尾区桥联纤维的存在而使裂尖应力强度因子减小的量。为方便起见,桥联纤维对微裂纹扩展的阻滞效应大小可用参数表示为:=K0-KK0(15)值越大,说明桥联纤维对基体微裂纹扩展的阻滞效果越好。
算例与分析体积分数为50%的SiCr纤维陶瓷基复合材料,材料原始参数取值为Ef=200Gpa、Em=85GPa、Vf=0.50、纤维半径r=0.5m、纤维断裂强度为s=12GPa、纤维基体的界面摩擦剪应力=3.5MPa,初始裂纹长度s=1.4mm、裂纹扩展长度s-s0=10m、远场外加应力0=100MPa.
纤维的体积比对裂纹扩展阻滞效应的影响保持其他原始参数不变,改变纤维的体积分数Vf,则桥联纤维对基体微裂纹扩展的阻滞效果与纤维体积分数之间的影响关系曲线如所示。从中可以看出,纤维的体积分数越大,裂纹就越不容易扩展,主要是因为纤维的承载能力远大于基体的承载能力。
保持其他原始参数不变,改变纤维与基体之间的摩擦力大小,则桥联纤维对基体微裂纹扩展的阻滞效果与摩擦力大小之间的影响关系曲线如所示。从中可以看出,界面上摩擦力越大,裂纹就越不容易扩展,主要是因为从能量角度考虑,基体与纤维间的脱粘摩擦力可以消耗能量,从而阻碍了裂纹的扩展。
界面摩擦力对裂纹扩展阻滞效应的影响4结论从纤维增强复合材料中纤维对裂纹扩展的阻滞的桥联和拔出的物理机理出发,建立了桥联纤维增韧的简化分析模型,推导出纤维对复合材料基体微裂纹扩展的阻滞效应的解析计算公式。并可得出:(1)在其它性能参数一定的情况下,纤维的体积分数越大,裂纹就越不容易扩展,阻滞效果越好;(2)纤维与基体间的摩擦力越大,阻滞效果越好。
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