毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1 课题背景

短纤维增强橡胶基密封复合材料（SFRC），如芳纶，玻璃纤维和碳纤维增强橡胶板等，被广泛应用于石油，化工，纺织，机电行业^[1-2]。纤维或嵌入在橡胶基体中的粒子可以有效地提高材料的综合性能，例如高强度、耐疲劳、耐腐蚀等。工程实践证明最近几年这种SFRC具有良好的适用性^{[3, 4]}。现有的理论模型可以预测复合材料的性能^{[5, 6]}。Cox 模型是最受欢迎的模型之一，因为它被广泛应用于计算不连续纤维在纤维增强复合材料中的变形与弹性特性^[7]。该模型的精度很大程度上依赖于纤维端部施加的边界条件。一般来说，应力边界条件是基于任意的假设的，其预定义纤维端部来获得控制方程的解析解^[8]。然而，Hsueh^[16]指出，这些应力是不能预先确定的，因此边界条件是含糊不清的。Hsueh^[16]和Nair^[17]提出了一种新的模型通过使用假想纤维的方法来获取端部纤维上应力的解析结果。复合材料的力学性能，如纤维增强树脂基体，金属基体的性能等^{[12, 13]}都可以采用传统的改进了的理论模型进行准确地预测。然而，通过上述理论模型预测纤维增强橡胶基复合材料的应力传递产生了较大的误差，因为纤维的弹性模量通常比基体大很多。SFRC中纤维与基体的弹性模量之比大于1000。因此，有必要进一步加强对SFRC的研究工作，以便实现材料细观结构的优化，在细观结构与宏观力学性能之间建立关系去和改善材料的综合力学性能。

2短纤维复合材料应力传递理论方面研究进展

短纤维复合材料(SFRC)由于具有比强度高、比刚度高、易成型等优点而得到广泛应用^[18-22]。SFRC属于多相体系,作为分散相的短纤维处于不连续状态,当应力作用在材料时,纤维并不直接受力,而是通过界面将应力从基体传递到纤维上。SFRC内部应力的传递和分配主要包括拉伸应力、剪应力和径向应力在纤维、基体及界面相中的分布和传递等内容,机制非常独特和复杂。受技术水平的限制,对这些应力几乎无法直接进行测量,这使得对SFRC内部应力传递和分配的理论计算变得尤其重要。

自从1952年Cox^[7]首次提出用剪滞模型对SFRC中应力传递进行分析以来,很多研究人员投入到该领域的研究中。特别是近年来,模型的建立越来越精细、越来越接近复合材料内部真实的受力情况。

2.1剪切滞后模型

该方法最早是由Cox^[9]提出的,其模型是将一根纤维埋入固定基体中,假设界面粘合完美、没有纤维末端应力传递、从基体到纤维的载荷转移依赖于两者间实际位移差、基体中的拉伸应力为常数。但经典剪滞理论是一个理想模型,而实际情况要复杂的多,因此后来的众多研究大量集中在对真实情况的考虑上。Cox模型(图1)的主要假设是：l)纤维和基体都是理想弹性的、各向同性的；2)纤维只受轴向拉应力作用，基体不受拉应力，仅传递剪应力；3)纤维和基体强界面结合，在轴向上的位移一致；4)纤维和基体在横向上有相同的刚度。

图 1 Cox剪切滞后模型