复合材料中的尺寸效应

复合材料中的尺寸效应

复合材料本身就是一种广义的结构，这种结构的破坏问题与结构的尺寸效应有

着必然的联系，复合材料中很多都属于准脆性材料，因此尺寸效应显得尤其重要，

从尺度律和尺寸效应角度研究强度问题是个重要的观点，比如一个长细杠件它的稳定性能一定较差，这也是一种较常见的尺寸效应问题。强度随机性引起的尺寸效应，能量释放的尺寸效应和微裂纹和断裂的分形特性产生的尺寸效应都对复合材料结构的强度的影响有着重要意义。

目前,固体力学中有三种有关尺寸效应的基本理论 :

(1)随机强度统计理论 ;

(2)长裂纹引起的应力重新分布和断裂能量释放理论

(3)裂纹分形理论,它可分为两大类 :

(a) 裂纹表面的侵入式分形特性理论(即表面粗糙度的分形属性)

(b) 间隙分形特性理论(代表着微裂纹的分形分布)

这些基本理论概括表现为材料的四种尺寸效应：

(l)边界层效应:它是由材料的非均匀性和泊松效应造成的.前者可以混凝土之类的材料为例,由于各种骨料不能穿透表面而使表面层具有不同的成分;而泊松效应指的是,在试样内部可能存在平面应变的状态,它们发生在与试件表面平行的平面上 ,但不是发生在试样的表面，而是发生在试件的中心部位 .

(2)表面与裂纹边缘连接处存在三维应力的奇异性: 这也是由于泊松效应引起的.这就造成了断裂扩展区域靠近表面的那一部分的力学行为不同于试样内部

的力学行为 .

(3)由扩散现象引起的时间相关的尺寸效应, 所谓扩散可以是多孔介质中热的输运或湿气和化学物质的输运，这一点已在收缩和干燥蠕变现象的尺寸效应中显示出来,原因是半干燥期依赖于尺寸，以及这种尺寸效应对收缩致裂的影响。

(4)材料本构关系的时间相关性 ,特别是材料应变软化的粘性特征,这一特征包含了材料时间相关的特征长度。

材料的尺度律问题是损伤力学的一部分,对这一问题的认真研究起始于1960年前后.虽然已经知道了很多 ,但是仍是损伤力学也是难以对付的问题,需要更多研究才能完全加以解决.