纖維增強樹脂基復合材料連接結構強度與失效分析*

高佳佳，楚瓏晟，馬天陽，高 朋

（西南交通大學材料科學與工程學院，成都 610031）

纖維增強樹脂基復合材料（簡稱復合材料），具有比強度高、比剛度高、耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞性能好、減振性好、成型工藝簡單等優異性能[1]，被廣泛應用在航空航天、軌道交通、車輛等領域[2-3]。復合材料結構件的應用不可避免地出現連接結構，且結構件的失效破壞絕大部分發生在連接部位，連接結構處的失效破壞對整個結構的穩定性及耐久性具有重要意義。因此，復合材料連接結構的失效過程分析及失效機理研究是復合材料應用中的焦點問題[4]。

目前，國內外學者對復合材料連接結構的失效分析多采用有限元分析以及試驗研究的方法。有限元分析主要通過材料屬性退化，求解非線性平衡方程而實現[5]；試驗研究方法主要是通過力學手段及材料表征分析方法來研究失效機理[6]。關于有限元漸進損傷的分析方法，崔浩等[7]、Pisano 等[8]基于Abaqus 軟件，研究復合材料多釘連接接頭的失效破壞模式，發現接頭多呈剪切失效和凈截面拉斷失效破壞。黃河源等[9]提出一種非線性面內連續損傷與三維混合失效模型，用于模擬復合材料厚板的沉頭螺栓連接結構失效過程，并對比試驗結果，發現復合材料連接結構的失效過程為纖維斷裂、基體損傷、開孔擠壓以及層合板分層等混合破壞模式。針對連接結構中不同參數對于結構失效形式的影響，Gay等[10]研究了鋁合金與玻璃纖維增強復合材料自沖鉚接質量的影響參數、失效形式以及應力演變，發現復合材料類型與加載溫度對鉚接質量具有顯著影響，且較高載荷下復合材料厚板自沖鉚接與靜載形式下具有相似失效模式。……