碳纤维增强复合材料在横向拉伸载荷作用下的界面断裂机理与性能研究

《Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures》：Study on Interfacial Fracture Mechanism and Properties of Carbon Fiber Reinforced Composites Under Transverse Tensile Loading

碳纤维复合材料横向拉伸力学行为及界面失效机制研究，通过μCT和DVC结合分析孔隙演化规律与裂纹萌生过程，揭示局部应变集中导致失效的关键作用，为结构优化提供理论支撑。

　　

摘要

碳纤维增强复合材料（CFRCs）因其优异的机械性能而在工程中得到广泛应用；然而，CFRCs的横向拉伸力学行为及其纤维-基体界面失效机制仍缺乏充分研究。为填补这一空白，本研究采用原位微计算机断层扫描（μCT）和数字体积相关（DVC）技术对CFRC试样在横向拉伸载荷下的性能进行了联合表征。通过对增量载荷依赖的原位μCT数据进行处理，重建了试样的三维（3D）模型，量化了内部孔隙分布，分析了孔隙率的变化，并研究了裂纹的起始和断裂形态。同时，DVC技术用于确定加载试样内部的3D全场应变分布。研究结果表明，CFRCs的初始孔隙率为1.4%，在断裂前孔隙率增加了3.69倍，达到5.16%，这表明内部损伤迅速累积。更重要的是，DVC成功识别出了局部应变集中区，从而能够精确预测最终的断裂位置。本研究通过整合μCT和DVC技术，创新性地建立了CFRCs在横向拉伸作用下的微观孔隙演变与宏观断裂行为之间的联系。这种联合表征方法不仅阐明了CFRCs的横向失效机制，还为基于CFRC的构件的结构优化和性能提升提供了可靠的技术基础。

总结

• 分析了碳纤维复合材料的横向拉伸力学理论；
• 结合使用μCT和DVC技术来表征损伤的起始和失效过程；
• 通过应变场预测和验证失效区域。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。