飞机轮胎用帘线/橡胶复合材料的界面失效机理研究

《Polymer Composites》：Study on the Interface Failure Mechanism for Cord/Rubber Composites of Aircraft Tire

温度影响下纤维增强弹性体复合材料界面失效机制研究。基于剪切滞后理论和粘聚区模型，结合实验与有限元分析，揭示了界面剪切失效的两阶段特征：应力传递阶段和损伤演化阶段。温度升高导致临界拔出力下降11.4%，界面断裂能降低11.5%，材料模量和断裂强度降低，但变形相容性改善有效缓解应力集中。失效起始点从界面粘附区转移至橡胶基体，主导失效机制发生转变。

　　

摘要

作为飞机轮胎的关键组成部分，帘线/橡胶复合材料在恶劣的使用条件下容易发生界面失效，尤其是在环境温度迅速升高的情况下。为了阐明这种温度依赖性的界面失效行为，基于剪切滞后理论和黏结区模型，建立了一种结合机械实验和有限元分析（FEA）的分析方法。通过实验研究了界面的剪切性能和失效位置，并提出了一种参数校准方法，以准确再现拔出力-位移曲线和界面应力分布。研究结果表明，界面剪切脱粘过程分为两个阶段：(i) 应力传递阶段，此时沿着嵌入长度的剪切应力呈指数衰减，基于弹性的剪切滞后模型适用于描述帘线/橡胶界面处的不均匀应力分布；(ii) 损伤演化阶段，从应力集中的受限端开始逐渐发生界面脱粘。随着温度的升高，临界拔出力和界面断裂能量显著降低，125°C时的剪切强度和断裂能量相比20°C时分别下降了11.4%和11.5%。高温会显著降低组成材料的模量和断裂强度，而增强的变形相容性则减少了界面应力集中。失效起始位置从粘合边界转移到橡胶基体，表明主导的失效机制发生了变化。在纯剪切条件下，使用指数型的黏结区模型和校准后的参数能够获得高保真的模拟结果。本研究揭示了热影响下的界面降解机制，为纤维增强弹性复合材料的设计优化和性能预测提供了宝贵的见解。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。