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混杂复合材料是指其增强相由多于一种纤维构成的复合材料,此类材料与单一纤维复合材料相比具有许多优点。通过两种或两种以上的增强纤维进行混杂,制成棒状混杂型复合材料加强筋(HCR),利用增强纤维之间不同的断裂应变获得伪延展行为(Pseudoductility),其中断裂应变小的纤维首先失效,由断裂应变较大的纤维继续承担载荷,直至完全断裂,此类材料在失效前会发出预警信号,从而为减少工程事故提供可能。近年来,关于混杂复合材料的破坏机理一直是国内外研究的热点,但是由于其破坏过程相当复杂,目前的研究多局限于实验报导,在理论方面尚无较精确和简便的力学模型和分析方法。
本文首先应用复合材料细观力学分析中的剪滞分析方法,建立一种六角形纤维束剪滞分析模型,研究了由碳纤维、芳纶纤维、钢纤维、玻璃纤维等四种材料组成的棒状混杂复合材料加强筋在拉伸荷载作用下的应力重分布；然后采用统计断裂理论,分析了加强筋的拉伸破坏行为。本论文主要完成了以下工作：
1.基于剪滞理论,以多种纤维组成的混杂复合材料加强筋为研究对象,建立一种六角形纤维束剪滞分析模型,研究了在拉伸荷载作用下的应力重分布问题,获得了断裂若干纤维束后邻近完整纤维束的应力集中因子。
2.在上述工作的基础上,采用细观统计破坏理论,考虑纤维束断裂的占优过程,研究了混杂复合材料加强筋中碳纤维组分、芳纶纤维组分和玻璃纤维组分的拉伸破坏应变和混杂效应,获得了与现有实验较接近的结果,证实了本文模型和分析方法的正确性和可行性。
3.继续以混杂复合材料加强筋为研究对象,进一步推广上述剪滞分析模型,建立一种计及界面损伤的六角形纤维束剪滞分析模型,研究了界面损伤对混杂复合材料加强筋应力重分布的影响。然后采用细观统计破坏理论,研究了混杂复合材料加强筋中碳纤维组分的拉伸破坏应变,获得了与现有实验数据更加吻合的结果。本文的模型和分析方法可以较好地揭示棒状混杂复合材料加强筋的破坏机理,可为混杂复合材料的拉伸破坏问题和优化设计提供借鉴和参考。