[发明专利]一种CFRP层板任意层间界面I型分层断裂韧度稳定值的预测方法

说明书

本发明涉及一种CFRP层板任意层间界面I型分层断裂韧度稳定值的预测方法，包括以下步骤：(1)设计制造具有0°/0°和0°/90°分层界面的CFRP层板试验件；(2)对上述两种试验件开展I型静力分层试验；(3)确定两种试验件I型分层断裂韧度稳定值G_I,Prop(0°,0°)和G_I,Prop(0°,90°)；(4)将G_I,Prop(0°,0°)和G_I,Prop(0°,90°)带入一个以分层界面角度为自变量的I型分层断裂韧度稳定值理论公式，获得90°铺层层内损伤和纤维桥联断裂功G(90°)；(5)以G(90°)和G_I,Prop(0°,0°)为基本参数，利用上述I型分层断裂韧度稳定值的理论公式，预测具有任意分层界面CFRP层板I型分层断裂韧度稳定值。本发明通过对具有两种分层界面CFRP层板I型分层断裂韧度稳定值的测试，预测具有任意分层界面CFRP层板I型分层断裂韧度稳定值，便于工程应用，并可降低试验成本。

技术领域

本发明涉及纤维增强复合材料I型分层断裂韧度预测的技术领域，具体涉及一种CFRP层板任意层间界面I型分层断裂韧度稳定值的预测方法。

背景技术

碳纤维增强复合材料因其良好的力学性能被逐渐应用于飞机主承力结构中。工程实际中使用的复合材料大都是层合板结构，而层合板结构存在致命的缺陷，即容易发生分层损伤。分层损伤的出现将造成结构强度和刚度显著下降，鉴于分层损伤通常处于结构内部，肉眼不可见，因此，分层损伤的扩展往往会引发无预兆的灾难性事故，这些都严重制约了复合材料在实际工程中的应用。可喜的是，复合材料层合板中的分层扩展具有阻力行为，即分层起始后，分层扩展的阻力(断裂韧度)随着分层的扩展逐渐提升，整个分层扩展过程具有显著阻力行为。鉴于上述复合材料层合板分层扩展的阻力行为，分层损伤不一定会扩展，在分层长度较短时，只有持续提高外载荷才能驱动分层不断扩展，并且只有当分层扩展长度超过一定值，即对应的分层阻力达到R曲线上的断裂韧度稳定值(也是最大值)时，分层损伤才是危险的。可见，决定结构最终承载能力的是层合板分层的断裂韧度稳定值，即R曲线断裂韧度的最大值。综上所述，正确地评价和预测复合材料结构的分层扩展的断裂韧度稳定值对工程实际中复合材料结构的损伤容限设计和分析具有重要的理论意义和工程指导价值。

现有的大量试验研究表明层合板中分层沿着具有不同铺层角的铺层间界面扩展时，其I型分层扩展的断裂韧度稳定值显著不同。此外，层合板中I型分层的断裂韧度稳定值呈现出显著的界面角度依赖性，一般来说，分层界面角度越大，即临近分层界面的铺层的铺层角越大，I型分层的断裂韧度稳定值越高。真实结构中的层合板具有多种铺层，分层可能发生在任意铺层角度的两个铺层之间，不可能通过试验手段穷尽所有可能出现的情形。故有必要建立一个便于工程应用的断裂韧度稳定值的理论模型，预测任意分层界面角度情形下I型分层的断裂韧度稳定值。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种预测I型分层损伤在CFRP层板任意两个铺层之间的层间界面扩展的断裂韧度稳定值。提出的以分层界面角度为自变量的CFRP层板I型分层断裂韧度稳定值的理论公式，可利用CFRP层板两种不同预定分层界面的I型分层断裂韧度稳定值的测试结果，预测任意分层界面角度情形下的CFRP层板层间界面I型分层的断裂韧度稳定值，因此可以显著缩短试验周期，降低试验成本。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种CFRP层板任意层间界面I型分层断裂韧度稳定值的预测方法，包括以下步骤：

步骤1，根据ASTM标准D5528-13设计并制造具有预定0°/0°和0°/90°分层界面的CFRP层板的双悬臂梁(DCB)试验件；

步骤2，根据ASTM标准D5528-13的规定，对上述两种试验件开展静力载荷作用下的I型分层试验；