CFRP-钢层状复合结构的表面划痕损伤容限

摘要：

碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)-钢层状结构在实际运营过程中,脆性碳纤维层容易出现划痕等表面损伤,因此为了保障损伤后复合结构的安全运行,需要对其进行损伤容限研究.基于边界效应理论模型(Boundary effect model,BEM),建立了表面划痕损伤后的CFRP-钢层状结构三点弯曲断裂强度解析模型,并在CFRP表面分别预制了0.2 mm和0.4 mm深度的表面初始划痕缺陷,通过三点弯曲梁的成组试验验证了理论模型的可行性.研究结果表明:(1)利用金相显微镜观测了CFRP-钢层状结构三点弯曲极限荷载时的断裂特征,确定了表面划痕损伤后CFRP的结构特征参数Cch,代入解析模型获得了CFRP层的拉伸强度,并与CFRP直接拉伸试验测试的拉伸强度对比,两者偏差小于10％;(2)该解析模型为"断裂荷载=拉伸强度×等效面积"的线性方程形式,"等效面积"仅与CFRP-钢层状结构和表面裂纹的几何参数有关,因此,通过CFRP的直接拉伸强度可以预测表面损伤后CFRP-钢层状结构的断裂强度,实现损伤容限设计.

关键词：CFRP-钢层状结构、表面划痕、损伤容限、断裂强度、解析模型

所属期刊栏目：39

分类号：TB332(工程材料学)

资助基金：陕西省自然科学基金2021JM-148

在线出版日期：2022-08-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：3530-3541