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CFRP-钢层状复合结构的表面划痕损伤容限

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碳纤维增强树脂复合材料(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.基于边界效应理论模型(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0.2 mm和0.4 mm深度的表面初始划痕缺陷,通过三点弯曲梁的成组试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的结构特征参数Cch,代入解析模型获得了CFRP层的拉伸强度,并与CFRP直接拉伸试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.
Scratch damage tolerance at the surface of CFRP-steel laminated composite structure

王斌华、康思思

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长安大学 道路施工技术与装备教育部重点试验室,西安 710064

CFRP-钢层状结构 表面划痕 损伤容限 断裂强度 解析模型

陕西省自然科学基金

2021JM-148

2022

10.13801/j.cnki.fhclxb.20210820.004

复合材料学报
北京航空航天大学 中国复合材料学会

复合材料学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：0.933
ISSN：1000-3851
年,卷(期)：2022.39(7)
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