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摘要
界面在颗粒增强复合材料中起到传递载荷的关键作用,界面性能对复合材料整体力学行为产生重要影响.然而由于复合材料内部结构较为复杂,颗粒与基体间的界面强度和界面断裂韧性难以确定,尤其是法向与切向界面强度的分别预测缺乏有效方法.本文以氧化锆颗粒增强聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合材料为研究对象,提出一种预测颗粒增强复合材料界面力学性能的新方法.首先,实验获得纯PDMS基体材料及单颗粒填充PDMS试样的单轴拉伸应力-应变曲线,标定出PDMS基体材料的单轴拉伸超弹性本构关系;其次,建立与单颗粒填充试样一致的有限元模型,选择特定的黏结区模型描述界面力学行为,通过样品不同阶段拉伸力学响应的实验与数值结果对比,分别给出颗粒与基体界面的法向强度、切向强度及界面断裂韧性;进一步应用标定的界面力学参数,开展不同尺寸及不同数目颗粒填充试样的实验与数值结果比较,验证界面性能预测结果的合理性.本文提出的界面力学性能预测方法简便、易操作、精度高,对定量预测颗粒增强复合材料的力学性能具有一定帮助,亦对定量预测纤维增强复合材料的界面性能具有一定参考意义.
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