复合材料中基体的现场强度研究

如何仅仅根据组份材料的原始性能预报受任意载荷作用下的复合材料强度是一个世界性难题。虽然申请者创建的桥联理论可准确计算纤维和基体中的内应力，但复合材料极限承载能力的确定还取决于基体的现场强度。实验发现单向复合材料横向强度远低于基体的原始强度，表明添加纤维后导致基体现场强度大幅降低。通过本项目的研究，我们成功建立起基体各现场强度的解析理论，等于基体的原始强度除以相应方向的基体应力集中系数。但是，添加纤维后的基体应力集中系数不可再按经典方式定义，否则，界面开裂处的基体应力集中系数将为无穷大。我们准确地将基体应力集中系数定义为沿破坏面外法线方向的平均应力除以基体相应方向的均值应力。不仅导出了理想界面下基体的各应力集中系数，而且还得到了界面开裂后的基体横向拉伸应力集中系数公式。采用三届“破坏分析奥运会”组织者所提供的组分材料数据，基于基体原始强度和现场强度的复合材料强度预报结果与实验对比误差相差5倍，说明基体的现场强度对复合材料的破坏分析和强度预报至关重要。本项目的研究成果对复合材料力学学科发展以及复合材料的有效工程应用都具有重要意义。 2100433B

如何仅仅根据组份材料的原始性能预报受任意载荷作用的复合材料强度是一个世界性难题。虽然申请者创建的桥联理论可准确计算纤维和基体中的内应力，但复合材料极限承载能力的确定还取决于基体的现场强度。实验发现单向复合材料横向强度远低于基体的原始强度，表明添加纤维后导致基体现场强度大幅降低。本项目将研究确定在基体中添加纤维后引起的（横向）应力集中系数，基体的现场强度则由其原始强度除以该应力集中系数后得到。通过对不同成型工艺所制复合材料试样的实验研究，揭示基体现场强度与成型工艺的关系并完善应力集中系数的定义；研究纤维和基体之间一些典型非理想界面对基体现场强度的影响；在目前仅限于纤维和基体两相材料的桥联模型基础上，发展出应用于三相（纤维-界面-基体）复合材料分析的更一般理论，为实现由原始纤维和基体性能及复合材料几何参数计算复合材料极限承载能力的目标做出贡献。

复合材料基体即复合材料中作为连续相的材料，分为聚合物基体，金属基体，无机非金属基体。

基体材料起到粘结作用，均衡载荷，分散载荷，保护纤维的作用。复合材料分为两相，另一项为分散相，称为增强材料。2100433B

硼纤维选择铝合金作为基体是由于铝合金具有良好的综合性能。所谓良好的综合性能是指良好的结合性能，较高的断裂韧性，较强的阻止在纤维断裂或劈裂处的裂纹扩展能力；较强的抗腐蚀性，较高的强度等。对于高温下使用的复合材料，还要求基体具有较好的抗蠕变性和抗氧化性。此外，基体应能熔焊或钎焊，而对于某些应用还要求基体能采用复合蠕变成型技术。普遍使用的铝合金有变形铝、铸造铝、焊接铝及烧结铝等。这些铝合金并不完全符合硼纤维对金属基体的要求，但某些合金已得到了成功的使用，这其中最普遍的是采用变形铝为基体用固态热压法制得的复合材料。用铝箔和等离子喷涂的预制合金粉制造复合材料时，使用过多种变形铝合金。

在现场研究中，研究者既要对复杂的现实环境进行深入分析，又要避免破坏其固有的自然性，这就对现场研究的各个环节提出了相应要求。

现场研究法的一般步骤是：

准备工作，其中进入现场是重点。包括选择研究者进入现场的身份、方式和途径，处理好研究者与现场被试的关系；取样，现场研究的取样不能造成现场人员的变动，以免破坏现场的自然性，具体方法有定额取样(即选择一定数量的不同类型的成员)、雪球取样(即沿着一个脉络不断扩展的取样)和特殊个案法(即选取偏离正常模式的个体)；收集数据；数据处理、分析与解释。