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摘要
植物纤维具有绿色环保、来源丰富等优点,拥有与人造纤维相媲美的比力学性能,有望成为重要的增强纤维种类.植物纤维独特的多层级结构会影响其增强复合材料的载荷传递模式.为了实现植物纤维增强复合材料的界面设计,量化其多层级界面性能十分必要.本文首先应用纳米压入技术,依次采用单步和多步准静态纳米压入方法确定了植物纤维增强复合材料多层界面力学性能,包括模量和硬度以及能量耗散、裂纹萌生和扩展能力.然后采用动态纳米力学分析技术,评估了循环加载下植物纤维增强复合材料多界面的疲劳特性.最终结合细观尺度有限元模拟,引入纳观尺度获得的多界面性能参数,重现了复合材料多层级界面带来的多阶段破坏行为.结果表明,植物纤维多层级结构与其增强复合材料多阶段失效行为相关,植物纤维增强复合材料多层级界面依次呈现由裂纹萌生和扩展引起的失效.纳观尺度实验结果为深入剖析细微观尺度复合材料界面性能和失效机制提供了支持和依据.
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单位先进土木工程材料教育部重点实验室; 同济大学
