表面浅裂纹损伤后碳纤维增强树脂复合材料层合板断裂强度研究

王斌华1,王泽锟1,房宣衡1,刘昌盛２ （1.长安大学道路施工技术与装备教育部重点试验室；2.山河智能装备股份有限公司）

摘要：在实际服役环境下，碳纤维增强树脂复合材料（CFRP）结构表面容易出现浅划痕损伤，如何评估损伤后CFRP结构的承载性能是关注的焦点。基于边界效应模型（BEM）研究了CFRP板出现表面浅裂纹后的断裂强度，提出了一种CFRP表面定量深度浅裂纹的预制方法，较准确地制备了包含表面浅裂纹的试件；完成了三点弯曲准静态成组试验，在金相显微镜下对裂尖损伤区的断裂特征进行观测，建立了裂纹尖端损伤区量化评价方法。研究结果表明：通过标定试验确定了试验机分别施加300,450,600N的压力载荷后，CFRP层合板试件表面可形成平均深度约为1.10,0.14,0.18mm的浅裂纹；完成了边裂纹试件的三点弯曲断裂试验，通过裂纹扩展观测和成组试验数据的拟合分析，确定了反映裂尖损伤区分布范围的参数β和断裂参数C的最优取值，分别为β=0.27，C=0.47，实现了CFRP表面微裂纹损伤后断裂强度的评价，并且拟合分析与直接拉伸试验的抗拉强度对比偏差为4.59%，验证了BEM模型的合理性；基于BEM模型，建立了CFRP层合板断裂强度预测的解析方程，以便于实际工程应用。

关键词：碳纤维增强树脂复合材料；边界效应模型；浅裂纹；抗拉强度；断裂韧性