碳纤维增强高分子复合材料疲劳失效与微观演化机理

超轻高强碳纤维增强高分子复合材料的用量已成为飞机先进性的一个重要标志。复合材料使用可靠性和安全性是复合材料能否大量使用的关键。复合材料失效模式有可能是纤维，也有可能是基体，还有可能是界面，纤维与不同基体组合其强度有所不同；基体的粘弹性决定了复合材料性能也是粘弹性的，疲劳失效不但要考虑疲劳次数的影响，而且应考虑疲劳加载时间的影响。以上问题对传统复合材料疲劳强度设计理论提出了新的挑战。课题申请人提出了基于宏微观力学结合组分失效机理的复合材料疲劳强度和寿命设计理论(J COMPOS MATER,2008),为复合材料疲劳剩余强度理论和实验研究开辟了一个全新的方向。本研究拟在已有研究的基础上，运用宏观和微观相结合的方法从微观上对粘弹性复合材料疲劳失效与演化机理进行分析，对失效的力学表征进行深入研究，用于三维复杂结构的疲劳设计，提高复合材料强度设计理论的可靠性，提高民用飞机长期服役时的安全性。

超轻高强碳纤维增强高分子复合材料的用量已成为飞机先进性的一个重要标志。 复合材料使用可靠性和安全性是复合材料能否大量使用的关键。 复合材料失效模式有可能是纤维，也有可能是基体，还有可能是界面，纤维的强度与基体类型和固化工艺有重大关系，复合材料的性能表征应基于复合状态下进行测定；高分子基体的粘弹性表明复合材料的强度还将随加载时间变化。以上问题对传统复合材料强度设计理论提出了新的挑战。课题负责人及成员提出了宏观、微观力学相结合基于组分物理失效机理的复合材料表征方法和强度设计理论，系统研究了复合材料微观力学模型建模方法、组分内部微观力学放大、复合状态下组分强度表征、基于微观力学的三维复合材料结构设计方法等。实现了复合材料组分强度的精确表征，实现了真正意义上基于组分物理失效的起裂、裂纹扩展到最终失效的完备分析方法。并且从层合板性能试验、复合材料结构强度静载和疲劳强度试验方面开展了研究工作。理论研究和试验研究都表明了宏观、微观力学相结合基于组分物理失效机理复合材料结构强度设计理论的精确性和可靠性，可以用于复合材料的性能表征和大型结构的分析设计。