损伤与断裂力学及其工程应用研讨会（2021）

16 / 2021-03-22 21:19:30

表面损伤后CFRP/钢层状结构断裂强度研究

CFRP/钢层状结构，表面划痕，损伤容限，断裂强度，解析模型

        CFRP/钢层状结构在实际运营过程中，脆性碳纤维层容易出现划痕等表面损伤，因此为了保障损伤后复合结构的安全运行，需要对其进行损伤容限研究。本文基于边界效应模型（Boundary Effect Model, BEM），建立了表面划痕损伤后的CFRP/钢层状结构三点弯曲断裂强度解析模型，并在CFRP表面分别预制了0.2mm和0.4mm深度的表面初始划痕缺陷，通过三点弯曲梁成组实验验证了理论模型的可行性。研究结果表明：（1）利用金相显微镜观测了CFRP/钢层状结构三点弯曲极限荷载时的断裂特征，确定了表面划痕损伤后CFRP的裂尖损伤区特征参数C_p，代入解析模型获得了CFRP层的拉伸强度，并与CFRP直接拉伸实验测试的拉伸强度对比，两者偏差小于10%；（2）该解析模型为“断裂荷载=拉伸强度×等效面积”的线性方程形式，“等效面积”仅与CFRP/钢层状结构和表面裂纹的几何参数有关，因此通过CFRP的直接拉伸强度可以预测表面损伤后CFRP/钢层状结构的断裂强度，实现损伤容限设计。