异形短纤维增强复合材料界面应力传递的细观实验力学研究

为了改善短纤维增强复合材料的力学性能，各种异形纤维（如端钩形、哑铃形、波形等）被设计出来,这些异形纤维的宏微观力学行为是十分关注的课题。本项目应用电子束云纹法精细测试和数字图像相关全场力学分析手段，研究异形纤维形状、直径、埋入长度、埋入角度、间距的参数对界面应力分布、应力集中等界面力学特性的影响，分析纤维从基体拔出时的应力传递机理，探讨纤维/基体界面的力学行为及脱粘失效的力学机制，揭示异形纤维复合材料增强、增韧机制和破坏机理，为建立细观尺度界面参数与宏观力学特性的跨尺度关联提供实验依据，对于建立异形短纤维增强复合材料理论模型和指导工程应用有重要的科学意义和实用价值。

本项目发展了在树脂基体上制作5000—13000线/mm的制栅新技术，发展了制作光栅和产生云纹的多次扫描法，为非金属材料上的超高频制栅技术将对该类材料的微观力学性能研究提供新的实验方法。界面起着在纤维与基体之间传递应力的作用，且破坏往往是从界面开始的，所以界面特性在很大程度上影响到复合材料的整体力学性能，因此人们以极大的注意力开展对复合材料界面的研究。但由于纤维很细，界面厚度极小，直接观察与测量界面力学行为是比较困难的。本项目实现了将数字图像相关方法与和单纤维拉拔试验相结合的实验方法，对钢纤维混凝土的界面进行细观实验的研究；通过直接测量钢纤维/基体界面的力学行为，分析总结出单纤维从基体拔出时应力传递机理；研究界面附近的应力应变规律，揭示纤维混凝土增强、增韧机制和破坏机理，为纤维混凝土界面力学模型建立提供有价值的实验数据，对于建立钢纤维混凝土理论模型和指导工程应用有重要的科学意义和实用价值。