聚合物基纤维复合材料界面应力传递及脱粘失效行为的微尺度实验力学研究

本项目对聚合物基纤维复合材料界面应力传递及失效行为进行微尺度实验力学研究和探索。发展微拉曼光谱微尺度精细测试和全场光力学分析手段，从纤维和基体两个层面来提供典型界面微力学测试过程中纤维/基体界面上的应力/应变分布，研究试样几何构形参数以及界面化学粘结性对界面应力分布、应力集中和热残余应力等界面微力学特性的影响，探讨纤维/基体界面脱粘的物化及力学机制，为建立微尺度界面剪应力与宏观界面拉拔力的跨尺度关联提供实验依据，从微尺度实验力学角度发展纤维复合材料界面应力传递及失效模型。本项目是在探索微尺度测试方法在各学科交叉领域的应用空间，也是为复合材料界面力学问题研究提供必要的微尺度力学实验测试和全场观测工具，对实验力学学科的发展以及与相关学科的交叉融合具有积极意义。

本项目面向航空航天广泛应用的纤维复合材料的国家需求背景，以聚合物基纤维复合材料界面应力传递及失效为研究方向，发展微拉曼光谱微尺度精细测试和全场光力学分析手段，从纤维和基体两个层面来提供典型界面微力学测试过程中纤维/基体界面上的应力/应变分布，研究试样几何构形参数以及界面化学粘结性对界面应力分布、应力集中和热残余应力等界面微力学特性的影响，探讨纤维/基体界面脱粘的物化及力学机制，为建立微尺度界面剪切强度与宏观界面脱粘力的跨尺度关联提供实验依据，从多尺度实验力学角度发展纤维复合材料界面应力传递及失效模型。开展的工作和取得的结果如下：. 首先，执行了两类芳纶纤维的拉出测试，来研究界面上的应力传递行为。用精细的拉曼实验数据来解释界面应力的传递过程，符合剪滞模型预测。从纤维应力分布反映出界面上的脱粘现象，给出脱粘界面上摩擦剪应力的台阶分布。. 其次，发展纤维/微滴拉伸测试新方法来研究界面上的应力传递行为，特别探讨了纤维涂层对应力传递的影响。用精细的实验数据来解释界面应力的传递过程，分析这种柔性渐变涂层对应力传递机制的影响。. 最后，发展新的试样制备方法来多次加载和反复研究纤维/裂纹的交互作用。通过观察同一试样上的纤维搭桥及纤维断裂现象，建立了相应的应力传递模型和搭接纤维满足的强度标准。分析了纤维搭桥和纤维断裂过程中的界面摩擦滑移转化和重新承载机制，为解释界面脱粘和摩擦滑移机制提供微力学模型。. 本项目是在探索微尺度测试方法在各学科交叉领域的应用空间，也是为复合材料界面力学问题研究提供必要的微尺度力学实验测试和全场观测工具，对实验力学学科的发展以及与相关学科的交叉融合具有积极意义。. 到目前为止，本项目出版专著1部（27.9万字），在国内外正式期刊和会议发表论文23篇，其中国际期刊13篇，国内核心期刊论文7篇，国际会议3篇。SCI检索10篇次（最高影响因子期刊为Journal of Raman Spectroscopy 3.0），EI检索16篇次。获得专利4项，省部级奖励1项，其他奖励6项，参加各类会议11次。在本项目执行过程中，完成硕士论文5篇和本科毕业学位论文5篇，培养已毕业硕士5名和本科5名。目前在读博士2名（其中1名已预答辩）、硕士5名。