顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料非理想界面剛度的研究.pdf

1、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料（PRCs）具有高比模量和高比強(qiáng)度。通常，基體為聚合物如韌性環(huán)氧樹脂和聚乙烯，甚至合金金屬；而增強(qiáng)相為玻璃、陶瓷和碳等，來提高材料的強(qiáng)度。因此PRCs廣泛應(yīng)用于各種關(guān)鍵工程領(lǐng)域。影響PRCs宏觀力學(xué)性能的主要因素為材料各組份相的力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)相/基體間的界面粘接性能。然而，考慮多種假設(shè)的理論模型并不能解釋PRCs微觀結(jié)構(gòu)的影響；單絲拔出實(shí)驗(yàn)對于PRCs材料并不適用；均勻化有限元模型也很少考慮到非理想界面的影響。

2、
　　本文用內(nèi)聚力模型（CZM）描述復(fù)合材料隨機(jī)顆粒/基體非理想界面的力學(xué)行為，采用細(xì)觀力學(xué)的Mori-Tanaka（M-T）方法、稀釋解方法和均勻化有限元方法（FEM），研究界面剛度對顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料有效模量的影響。研究結(jié)果表明，復(fù)合材料有效模量和其顆粒/基體非理想界面剛度之間存在單調(diào)遞增的關(guān)系曲線，即E-kint曲線。不同顆粒含量復(fù)合材料的有效模量和非理想界面剛度關(guān)系曲線存在一個臨界交點(diǎn)（CP），該點(diǎn)對應(yīng)的臨界界面剛度kcp控

3、制著顆粒體積含量分?jǐn)?shù)對有效模量的影響。本文研究了基體和增強(qiáng)相的力學(xué)性能以及增強(qiáng)顆粒的尺寸對CP點(diǎn)臨界界面剛度的影響。采用E-kint關(guān)系曲線，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)測得的有效模量，提出了估算不同類型復(fù)合材料的非理想界面剛度的方法。針對具有不同基體和顆粒彈性性能的復(fù)合材料，研究表明一般有三類E-kint關(guān)系曲線，反映了不同類型復(fù)合材料的非理想界面剛度和增強(qiáng)相含量對其有效模量的影響規(guī)律。
　　建立含有真實(shí)微觀結(jié)構(gòu)和界面相的代表性單元（RVE）來研

4、究界面剛度對PRCs有效模量的影響。通過Python腳本語言控制ABAQUS模塊，采用隨機(jī)序列吸收法（RSA）結(jié)合高斯分布來植入顆粒，建立了符合實(shí)際微觀結(jié)構(gòu)（不同顆粒大小、幾何形態(tài)和材料的取向）和含有非理想界面的RVE。研究了RVE的合理尺寸。通過應(yīng)變能方法克服了均勻化方法中提取界面相平均應(yīng)力的難點(diǎn)，并且通過建立含有基體，增強(qiáng)相和界面相的能量平衡方程得到了PRCs宏觀正交各向異性有效模量和微觀界面剛度的關(guān)系。通過隨機(jī)短纖維云杉復(fù)合材料宏