纤维增强复合材料断裂模型综述
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
．
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｕｓａｇｅ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ（ｔｏ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｗｅｉｇｈｔｓ）ａｎｄ ｓｅｍｉ－ｔｒｕｃｋｓ ｈａｓ ｇｒｏｗｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｒｅｃｅｎｔｌｙ［７１．
Ｃａｒｂｏｎ ｆ ｉｂｅｒ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ ｈａｖｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｃｏｍ ｐａｒｅｄ ｔｏ ｍ ｅｔａｌｓ ｉｎ ｍ ａｎｙ ａｓｐｅｃｔｓ．Ｈ ｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｏ ｄｅｎｓｉｔｙ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍ ｏｓｔ ｖａｌｕａｂｌｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｉｎｃｅ ｉｔ ｅｎａｂｌｅｓ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｕｅｌ ｅｆｉ ｃｉｅｎｃｙ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ＦＲＣｓ ａｌｓｏ ｈａｖｅ ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｈ ｏｗ ｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ｔｏｕｇｈ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ＦＲＣｓ．Ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｃｏｍ ｐｌｉｃａｔｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍ ｓ ｉｓ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍ ｅｔａｌｌｉｃ ｍ ａｔｅｒｉａ】ｓ．
２
ＪＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄＥｎｅｒｇｙ
Ｖｏ１．９ Ｎｏ．１，２０１８
ＩｎｔｒＯｄｕｃｔｉＯｎ
Ｐｏｌｙｍｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ｃａｌｌｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｈｅｒｅｉｎ ａｆｔｅｒ）ａｒｅ
ｗ ｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｓｕｐｅｒ ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ． Ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ ｕｓｕａｌｌｙ ｈａｖｅ ｖｅｒｙ ｇｏｏｄ ｒａｔｉｏｓ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｏ ｄｅｎｓｉｔｙ ｃｏｍ ｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ，ａｎｄ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ ｃａｎ ａｌｓｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｓｏｍ ｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｔｈａｔ ａｒｅ ｎｏｔ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ
１ Ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ Ｍ ｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ Ｆａｉｌｕｒｅ
Ｔｈｅ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ＦＲＣｓ’ｆａｉｌｕｒｅ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｃａｎ ｂｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄ， ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｍ ｅｔｈｏｄ． Ｄｅｌａｍ ｉｎａｔｉｏｎ ｉｓ ｕｓｕａｌｌｙ ｍｏｄｅｌｅｄ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｓｉｎｃｅ ｉｔ ｉｓ ａ ｖｅｒｙ ｓｐｅｃｉａｌ ｆａｉｌｕｒｅ ｍ ｏｄｅ ｆ ｏｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ｍ ａｉｎｌｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｏｒ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｌｏｃｉ ｏｆ ＦＲＣｓ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｄａｍ ａｇｅ ｍ ｅｃｈａｎｉｃｓ ｍ ｅｔｈｏｄ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆｍ ｏｄｕｌｕｓ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ．Ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｍ ｅｔｈｏｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｈｅ ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｎｏｎ．１ｉｎｅａｒｉｔｙ ｔｏ ｂｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ￣Ｎｏｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆ ｉｃａｔｉｏｎ ｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏｔ ｓｔｒｉｃｔ ｓｉｎｃｅ ｓｏｍｅ ｍ ｏｄｅｌｓ ｒｅｃｅｎｔｌｙ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｒｅ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａ ｂｅｔｔｅｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．Ｄ ｅｔａｉｌｅｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ ｏｆｔｈｅｓｅ ｔｈｒｅｅ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｅｌｏｗ ￣
Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｓ ｏｆ ＦＲＣｓ ａｒｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍ ｏｄｅｓ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ，ｗ ｈｉｃｈ ｄｅｐｅｎｄ ｕｐｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ｓｔａｔｅ，ｓｐｅｃｉｍ ｅｎ ｇｅｏｍ ｅｔｒｙ，ｆ ｉｂｅｒ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ， ａｎｄ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｍ ａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔｓ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ．１ｏｃａｌ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｓ ｍ ａｙ ｏｃｃｕｒ ｗａｙ ｂｅｆｏ ｒｅ ｆｉｎａｌ ｆａｉｌｕｒｅ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｄａｍａｇｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｃａｎ ｓｔｉｌｌ ｓｕｓｔａｉｎ ｓｏｍ ｅ ｌｏａｄｓ ｂｅｆｏｒｅ ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｍ ａｎｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｍ ａｔｈｅｍ ａｔｉｃａｌ ｍ ｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｔｈｅｓｅ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆＦＲＣｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｆａｉｌｕｒｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ
ｃｏｍｐｌｅｘ．Ｔｈｉｓ ｒｅｖｉｅｗ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｄａｍａｇｅ．Ｔｈｅｓｅ ｍｅｔｈｏｄｓ
ａｒｅ ｃｌａｓｓｉｆ ｉｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｍｅｔｈｏｄ．ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｌｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｏｒ ｌｈｅ ｆｉｎａＩ ｆａｉｌｕｒｅ ｌＯＣｉ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｍｅｔｈｏｄ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ．Ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ａｓ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ．Ｔｈｅ ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｓｉｎｃｅ ｉｔ ｉｓ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅ ｆ ｏｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｇｒｅａｔｌｙ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆ ｉｂｅｒ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｌａｍｉｎａｔｅ ｌａｙｕｐ．Ａ ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｒａｗｂａｃｋｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｆａｉｌｕｒｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｄａｍａｇｅ
ＱＩＡＯ Ｙａｎｇｙａｎｇ，ＢＡＩ Ｙｕａｎｌｉ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｅｒｏｓｐａｃｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｅｎｔｒａｌＦｌｏｒｉｄａ，Ｏｒｌａｎｄｏ，ＦＬ ３２８１６，ＵＳＡ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｆｏｕｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ａｎｄ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ｓｉｎｃｅ １ ９６０ｓ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｓｕｐｅｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｃｃｕｒａｔｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｄａｍａｇｅ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ｖｅｒｙ ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ ｂｅｃａｕｓｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｒｅ ｖｅｒｙ
ＩＳＳＮ １６７４—８４８４ 汽车安全与节 能学报 ，第 ９卷 第 １期 ，２０１８年
Ｊ Ａｕｔｏｍ ｏｔｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｖｏ１．Βιβλιοθήκη Baidu Ｎ ｏ．１，２０１８
０１／１４ １—１０
Ａ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｎ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ Ｍ ｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｏｌｙｍ ｅｒ Ｍ ａｔｒｉｘ Ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ
收稿 日期 ／Ｒｅｃｅｉｖｅｄ：２０１８－３．１４。 基 金 项 目 ／Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＣｅｎｔｒａｌ Ｆｌｏｒｉｄａ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｆｕｎｄｉｎｇ。 第一作者 ／Ｆｉｒｓｔ ａｕｔｈｏｒ：乔 阳阳 ／ＱＩＡＯ Ｙａｎｇｙａｎｇ（１９９１—），男 （汉 ），江苏，博士研究 生。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｙａｎｇ．ｑｉａｏ＠ｋｎｉｇｈｔｓ．ｕｃｆ．ｅｄｕ。 通讯作者 ／Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ：白远利 ／ＢＡＩ Ｙｕａｎｌｉ，副教授 ／Ａｓｓｏｃｉａｔｅ Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ。Ｅ—ｍａｉｌ：ｂａｉ＠ｕｃｆ．ｅｄｕ。
ｐｈａｓｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ．Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＦＲＣｓ）ｈａｖｅ
ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ａｓ ａｉｒｃｒａｆｔ’ｓ ｐｒｉｍ ａｒｙ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｉｔ ｗａｓ ｒｅｐｏｒｔｅｄ ｔｈａｔ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ５０％ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ ７８７ Ｄｒｅａｍｌｉｎｅｒ ｗｅｒｅ ｍ ａｄｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［６１Ｉｎ ｔｈｅ ｍ ｅａｎｔｉｍ ｅ，
ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｍｅｔｈｏｄ，ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ，ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ
纤维增强复合材料断裂模型综述 （英 文 ）
乔 阳阳，白远 利 （中佛罗里达大学 机械与航空工程系，奥兰多，佛罗里达 ３２８１６，美国 ）
摘 要：聚合物基质复合材料由于其优异的机械性能自２０世纪 ６Ｏ年代就越来越广泛地应用于航空 业和 汽车业。 然而，由于复合材料 的断裂模 式非常多样和复杂，对于复合材料损伤以及 断裂的预测仍 然是 一个很 大的挑 战。该文 总结 了复合材 料断裂的主要模 型和 方法。 方法可分为 ３类：断裂准则法、 连 续介质损伤力学法和塑性法。 断裂准则法主要考虑复合材料 的起始或者最终的断裂极 限；连续介质 损伤力学法考虑了材料 弹性模量 的衰减 ；塑性法则是把材料 的非线性性能当做 塑性来考虑。复合材料 分层的模 型法，作为一种很特殊的失效模 式，也包括在这篇综述 中，这种失效跟纤维的方 向和层板 的 组合方式很有关系。该文对这 些模 型的相对优势和劣势也进行 了总结。 关键 词 ：复合材料；复合材料断裂模型；断裂准则法；连续介质损伤力学法；塑性法 ；复合材料分层模 型 中图分 类号 ：ＴＱ １７１．７７ 文献标 识￣ｉ－５：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７４．８４８４．２０１８．０１．００ｌ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｕｓａｇｅ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ（ｔｏ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｗｅｉｇｈｔｓ）ａｎｄ ｓｅｍｉ－ｔｒｕｃｋｓ ｈａｓ ｇｒｏｗｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｒｅｃｅｎｔｌｙ［７１．
Ｃａｒｂｏｎ ｆ ｉｂｅｒ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ ｈａｖｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｃｏｍ ｐａｒｅｄ ｔｏ ｍ ｅｔａｌｓ ｉｎ ｍ ａｎｙ ａｓｐｅｃｔｓ．Ｈ ｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｏ ｄｅｎｓｉｔｙ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍ ｏｓｔ ｖａｌｕａｂｌｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｉｎｃｅ ｉｔ ｅｎａｂｌｅｓ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｕｅｌ ｅｆｉ ｃｉｅｎｃｙ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ＦＲＣｓ ａｌｓｏ ｈａｖｅ ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｈ ｏｗ ｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ｔｏｕｇｈ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ＦＲＣｓ．Ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｃｏｍ ｐｌｉｃａｔｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍ ｓ ｉｓ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍ ｅｔａｌｌｉｃ ｍ ａｔｅｒｉａ】ｓ．
２
ＪＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄＥｎｅｒｇｙ
Ｖｏ１．９ Ｎｏ．１，２０１８
ＩｎｔｒＯｄｕｃｔｉＯｎ
Ｐｏｌｙｍｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ｃａｌｌｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｈｅｒｅｉｎ ａｆｔｅｒ）ａｒｅ
ｗ ｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｓｕｐｅｒ ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ． Ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ ｕｓｕａｌｌｙ ｈａｖｅ ｖｅｒｙ ｇｏｏｄ ｒａｔｉｏｓ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｏ ｄｅｎｓｉｔｙ ｃｏｍ ｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ，ａｎｄ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ ｃａｎ ａｌｓｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｓｏｍ ｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｔｈａｔ ａｒｅ ｎｏｔ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ
１ Ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ Ｍ ｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ Ｆａｉｌｕｒｅ
Ｔｈｅ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ＦＲＣｓ’ｆａｉｌｕｒｅ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｃａｎ ｂｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄ， ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｍ ｅｔｈｏｄ． Ｄｅｌａｍ ｉｎａｔｉｏｎ ｉｓ ｕｓｕａｌｌｙ ｍｏｄｅｌｅｄ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｓｉｎｃｅ ｉｔ ｉｓ ａ ｖｅｒｙ ｓｐｅｃｉａｌ ｆａｉｌｕｒｅ ｍ ｏｄｅ ｆ ｏｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ｍ ａｉｎｌｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｏｒ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｌｏｃｉ ｏｆ ＦＲＣｓ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｄａｍ ａｇｅ ｍ ｅｃｈａｎｉｃｓ ｍ ｅｔｈｏｄ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆｍ ｏｄｕｌｕｓ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ．Ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｍ ｅｔｈｏｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｈｅ ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｎｏｎ．１ｉｎｅａｒｉｔｙ ｔｏ ｂｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ￣Ｎｏｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆ ｉｃａｔｉｏｎ ｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏｔ ｓｔｒｉｃｔ ｓｉｎｃｅ ｓｏｍｅ ｍ ｏｄｅｌｓ ｒｅｃｅｎｔｌｙ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｒｅ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａ ｂｅｔｔｅｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．Ｄ ｅｔａｉｌｅｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ ｏｆｔｈｅｓｅ ｔｈｒｅｅ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｅｌｏｗ ￣
Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｓ ｏｆ ＦＲＣｓ ａｒｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍ ｏｄｅｓ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ，ｗ ｈｉｃｈ ｄｅｐｅｎｄ ｕｐｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ｓｔａｔｅ，ｓｐｅｃｉｍ ｅｎ ｇｅｏｍ ｅｔｒｙ，ｆ ｉｂｅｒ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ， ａｎｄ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｍ ａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔｓ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ．１ｏｃａｌ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｓ ｍ ａｙ ｏｃｃｕｒ ｗａｙ ｂｅｆｏ ｒｅ ｆｉｎａｌ ｆａｉｌｕｒｅ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｄａｍａｇｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｃａｎ ｓｔｉｌｌ ｓｕｓｔａｉｎ ｓｏｍ ｅ ｌｏａｄｓ ｂｅｆｏｒｅ ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｍ ａｎｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｍ ａｔｈｅｍ ａｔｉｃａｌ ｍ ｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｔｈｅｓｅ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆＦＲＣｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｆａｉｌｕｒｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ
ｃｏｍｐｌｅｘ．Ｔｈｉｓ ｒｅｖｉｅｗ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｄａｍａｇｅ．Ｔｈｅｓｅ ｍｅｔｈｏｄｓ
ａｒｅ ｃｌａｓｓｉｆ ｉｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｍｅｔｈｏｄ．ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｌｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｏｒ ｌｈｅ ｆｉｎａＩ ｆａｉｌｕｒｅ ｌＯＣｉ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｍｅｔｈｏｄ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ．Ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ａｓ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ．Ｔｈｅ ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｓｉｎｃｅ ｉｔ ｉｓ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅ ｆ ｏｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｇｒｅａｔｌｙ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆ ｉｂｅｒ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｌａｍｉｎａｔｅ ｌａｙｕｐ．Ａ ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｒａｗｂａｃｋｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｆａｉｌｕｒｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｄａｍａｇｅ
ＱＩＡＯ Ｙａｎｇｙａｎｇ，ＢＡＩ Ｙｕａｎｌｉ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｅｒｏｓｐａｃｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｅｎｔｒａｌＦｌｏｒｉｄａ，Ｏｒｌａｎｄｏ，ＦＬ ３２８１６，ＵＳＡ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｆｏｕｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ａｎｄ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ｓｉｎｃｅ １ ９６０ｓ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｓｕｐｅｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｃｃｕｒａｔｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｄａｍａｇｅ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ｖｅｒｙ ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ ｂｅｃａｕｓｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｒｅ ｖｅｒｙ
ＩＳＳＮ １６７４—８４８４ 汽车安全与节 能学报 ，第 ９卷 第 １期 ，２０１８年
Ｊ Ａｕｔｏｍ ｏｔｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｖｏ１．Βιβλιοθήκη Baidu Ｎ ｏ．１，２０１８
０１／１４ １—１０
Ａ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｎ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ Ｍ ｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｏｌｙｍ ｅｒ Ｍ ａｔｒｉｘ Ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ
收稿 日期 ／Ｒｅｃｅｉｖｅｄ：２０１８－３．１４。 基 金 项 目 ／Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＣｅｎｔｒａｌ Ｆｌｏｒｉｄａ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｆｕｎｄｉｎｇ。 第一作者 ／Ｆｉｒｓｔ ａｕｔｈｏｒ：乔 阳阳 ／ＱＩＡＯ Ｙａｎｇｙａｎｇ（１９９１—），男 （汉 ），江苏，博士研究 生。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｙａｎｇ．ｑｉａｏ＠ｋｎｉｇｈｔｓ．ｕｃｆ．ｅｄｕ。 通讯作者 ／Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ：白远利 ／ＢＡＩ Ｙｕａｎｌｉ，副教授 ／Ａｓｓｏｃｉａｔｅ Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ。Ｅ—ｍａｉｌ：ｂａｉ＠ｕｃｆ．ｅｄｕ。
ｐｈａｓｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ．Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＦＲＣｓ）ｈａｖｅ
ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ａｓ ａｉｒｃｒａｆｔ’ｓ ｐｒｉｍ ａｒｙ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｉｔ ｗａｓ ｒｅｐｏｒｔｅｄ ｔｈａｔ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ５０％ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ ７８７ Ｄｒｅａｍｌｉｎｅｒ ｗｅｒｅ ｍ ａｄｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［６１Ｉｎ ｔｈｅ ｍ ｅａｎｔｉｍ ｅ，
ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｍｅｔｈｏｄ，ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ，ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ
纤维增强复合材料断裂模型综述 （英 文 ）
乔 阳阳，白远 利 （中佛罗里达大学 机械与航空工程系，奥兰多，佛罗里达 ３２８１６，美国 ）
摘 要：聚合物基质复合材料由于其优异的机械性能自２０世纪 ６Ｏ年代就越来越广泛地应用于航空 业和 汽车业。 然而，由于复合材料 的断裂模 式非常多样和复杂，对于复合材料损伤以及 断裂的预测仍 然是 一个很 大的挑 战。该文 总结 了复合材 料断裂的主要模 型和 方法。 方法可分为 ３类：断裂准则法、 连 续介质损伤力学法和塑性法。 断裂准则法主要考虑复合材料 的起始或者最终的断裂极 限；连续介质 损伤力学法考虑了材料 弹性模量 的衰减 ；塑性法则是把材料 的非线性性能当做 塑性来考虑。复合材料 分层的模 型法，作为一种很特殊的失效模 式，也包括在这篇综述 中，这种失效跟纤维的方 向和层板 的 组合方式很有关系。该文对这 些模 型的相对优势和劣势也进行 了总结。 关键 词 ：复合材料；复合材料断裂模型；断裂准则法；连续介质损伤力学法；塑性法 ；复合材料分层模 型 中图分 类号 ：ＴＱ １７１．７７ 文献标 识￣ｉ－５：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７４．８４８４．２０１８．０１．００ｌ