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近年来，Tsai团队推出了名为“Double–Double (DD)”的新型复合材料铺层方式，其独特的堆叠序列[±Φ/±Ψ]rT突破了传统0°, ±45°, 90°的角度限制。DD层合板因均质化、设计灵活和易减重等特性备受关注。然而，当前研究多聚焦于其优化设计，对其力学性能特别是层间性能的研究尚显不足。DD层合板自由的铺层角度使其分层扩展行为更为复杂，亟待深入探究。 2024年，《Composites Science and Technology》发表了西北工业大学在DD层合板I型分层行为试验和有限元模拟方面的研究工作，标题为“Investigation of the mode–I delamination behavior of Double–Double laminate carbon fiber reinforced composite”，西工大机电学院常正平副研究员和王仲奇教授为共同通讯，博士生赵梦麟为第一作者。 该研究针对DD层合板的I型分层性能，采用试验和仿真结合的方式研究界面纤维角对DD层压板I型分层扩展行为的影响，并证明DD层压板提高断裂韧性的能力。  作者设计了八种铺层角度的DD层合板，并将界面分为Ψ/Φ和–Ψ/Φ两类，进行了I型分层试验与仿真研究，实验过程如图1所示。通过MBT方法，测量了八种DD界面的断裂韧性，如图2所示。  图1 DD层合板I型分层实验.  图2 八种界面界面的层间断裂韧性. 试验结果显示，±Ψ/Φ界面的分层路径非直线，呈锯齿状（图3），而Ψ/Φ界面较–Ψ/Φ更稳定，后者更易发生裂纹迁移（图4）。整理DD层压板分层扩展的裂纹路径和断裂面形态如图5。通过SEM观察，发现–62°/17°和–72°/19°界面出现“光滑区域”，在此区域中无纤维桥联和基体断裂，解释了稳态后层间断裂韧性下降的原因（图6）。采用J积分方法结合DIC（ digital image correlation，图像数字处理）技术计算得到最大纤维桥联应力，结果表明Ψ/Φ和–Ψ/Φ界面的最大纤维桥联应力近似相等。有限元模拟与试验结果的极限载荷误差小于10%。  图3 典型分层路径.  图4 八种DD分层界面的宏观断面形貌.  图5 不同界面上的裂纹路径和断裂形态(a)0°/0°(b)90°/0° (c)Ψ/Φ (d) –Ψ/Φ.  图6 八种界面的典型微观断裂形貌. 本研究通过DCB试验，深入分析了DD层压板的I型分层行为和断裂韧性。结果表明，两类DD界面的初始断裂韧性相近，但–Ψ/Φ界面的初始断裂韧性较Ψ/Φ界面更高，这是由于裂纹尖端在–Ψ/Φ界面的迁移效应。在稳态断裂韧性方面，Ψ/Φ界面表现出更高的韧性，且其纤桥接区域长度几乎是–Ψ/Φ界面的两倍，这归因于裂纹迁移后形成的光滑区域。此外，层合板在不同界面的稳态断裂韧性从低到高的排序为0°/0°、–Ψ/Φ、Ψ/Φ、90°/0°，且随着Ψ值的增大，稳态断裂韧性也相应增强。值得注意的是，Ψ/Φ和–Ψ/Φ界面上的最大纤维桥接应力几乎相等。本研究对DD层压板界面的分层扩展行为进行了详细分析，为相关设计方法提供了有价值的参考。 原始文献： Zhao M, Zhao Y, Wang A, et al. Investigation of the mode–I delamination behavior of Double–Double laminate carbon fiber reinforced composite[J]. Composites Science and Technology, 2024, 248: 110463. 原文链接： https://linkinghub./retrieve/pii/S0266353824000332 责任编辑：周建武 审校：君莫 |
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