金属基聚合物复合材料短纤维桥接界面强化机理

计 操，周国发*

（南昌大学资源环境与化工学院，南昌330031）

0 前言

金属基聚合物复合材料广泛应用于航空和汽车行业，而复合材料界面是金属基复合材料各相连接的“纽带”［1-3］，复合材料粘接界面剥离失效是其主要失效形式［4-7］。而如何强化金属基聚合物复合材料的界面强度是其工业化应用的关键技术问题。本文提出了金属基聚合物复合材料的短纤维桥接界面强化技术。通过多层复合组装注射成型，先在金属基表面进行模内涂覆注射1～2 mm 厚的粘接层，然后在粘接层表面，二次注塑具有短纤维桥接增强的聚合物复合层，在其复合界面形成短纤维桥接，实现复合界面强化。尽管国内外学者对纤维增强金属基复合材料进行了较为广泛的研究［8-11］，但至今罕见短纤维桥接强化复合界面的研究报道。针对这一工程背景，本文基于内聚力剥离损伤模型，构建了金属基聚合物复合材料短纤维桥接强化复合界面的剥离裂纹扩展断裂失效的模拟仿真技术。模拟研究了纤维桥接对其复合界面剥离裂纹扩展断裂失效过程的影响，诠释了其界面纤维桥接的强化机理，研究构建了桥接纤维特性—界面断裂韧性—界面剥离裂纹扩展断裂失效临界载荷的协同关联理论，提出了预防纤维桥接强化界面诱发剥离裂纹扩展断裂失效的设计准则。

1 内聚力剥离损伤模型

本文采用图1 所示的双线性内聚力模型［12-13］。图中T0为张开应力最大值，δ0、δa和δn分别为最大张开应力的张开位移值、任意时刻张开位移值和最大张开位移值，Ga为δa时的应变能释放率，Gc为临界应变能释放率。……