CFRP-钢层状复合结构的表面划痕损伤容限

作者：王斌华^*; 康思思

来源：复合材料学报, 2022, 39(07): 3530-3541.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20210820.004

• CFRP-钢层状结构
• 表面划痕
• 损伤容限
• 断裂强度
• 解析模型

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。

• 单位
  长安大学