摘要：由于复合材料具有各项异性的特殊性，所以其破坏模式很难确定，到目前为止，科学家研究出很多复合材料准则，但是没有一个可以通用。本文参考前人研究的结果，结合实际工程中的解决复合材料失效的经验，总结了纤维增强复合材料的一些常用失效准则，并根据失效模式对复合材料失效准则进行了分类介绍。
关键词：复合材料；失效准则；强度；许用应力
1 引言
失效准则的目的是以数学方式预报在任何给定载荷条件下失效是否发生。它的准确性只能通过预报结果和实验结果的吻合度来判定。定义失效准则时其理想情况是，所定义的失效参数要尽可能少。对各向同性材料而言，只要知道单轴载荷条件下的失效准则，就可以发展出复杂载荷条件的失效准则。而纤维增强复合材料的失效与各向同性材料大不一样，它为各向异性材料，其失效与载荷作用方向密切相关，因此，需要更多参数来描述失效准则。
由于复合材料层压板的各向异性特性，人们对其进行了广泛的试验和理论研究后，提出了各种各样的强度理论来预测复合材料在各种条件下的强度值。但是，直到现在，都不能用来解释复合材料破坏过程中的复杂机理，大多数的强度理论仅限于有限的试验数据支持和验证，还不能说十分成熟。因此，在复合材料结构设计中，除进行仔细的应力分析外还应进行充分的试验。
到目前为止，国内外的研究学者已经提出了很多复合材料的失效准则和预测复合材料结构的分析模型。但是，这些准则和模型大都是基于特定的复合材料体系的试验数据提出的，不具有广泛适用性，而且有些计算模型中的参数需要通过试验获得。
最近许多学者提出了采用连续损伤力学的方法来预测含缺口/损伤的层压板的剩余强度，通常的强度准则只能预测层压板的初始损伤，而不能模拟损伤扩展；而LEFM只能假设已有损伤，预测损伤的扩展；连续损伤力学模型则结合了两者的优点，采用强度准则预测损伤起始和断裂力学的准则来预测损伤扩展，最终得到层压板的强度。
已有的研究报道中，复合材料结构适用的失效准则很多，本文重点概述在航空复合材料结构设计中常用的失效准则，如：蔡-希尔（Tsai-Hill）准则、蔡-吴（Tsai-Wu）准则等。
2 纤维增强复合材料失效准则
2.1 蔡-希尔（Tsai-Hill）强度理论[1]
Hill于1984年对各向异性材料提出了一个屈服准则：
3 总结
作为一种比强度高的轻质材料，碳纤增强复合材料被广泛应用在航空航天领域，特别是在大型民机中，碳纤维使用量比例的高低成为了飞机先进性的重要判据之一。纤维增强复合材料失效准则也是飞机结构工程师在设计过程中最需要了解和掌握的基本技能，本文总结了常用的失效准则，为设计师在校核时提供参考。
复合材料大规模的应用，也使得设计师对碳纤维失效准则的精度提出了更高的要求，但是，目前宏观力学强度理论发展比较缓慢，在工程实际中，设计师主要还是基于宏观强度理论和大量试验来处理复合材料失效问题。另一方面, 细观力学强度理论具有一些宏观力学强度理论难以比拟的优势, 其中最主要的特点是只需要根据纤维和基体的性能参数就可以确定复合材料强度。细观理论的发展迄今也取得了一些可喜的成就,然而在总体上,细观力学强度理论的计算精度还是不及宏观力学的强度理论。
参考文献
[1]李顺林，王兴业.复合材料结构设计基础[M].1993.
[2]沈观林，胡更开.复合材料力学[M].2006.
论文作者:黄海龙
论文发表刊物:《知识-力量》2019年10月44期
论文发表时间:2019/9/29
标签：复合材料论文; 准则论文; 强度论文; 损伤论文; 力学论文; 理论论文; 层压板论文; 《知识-力量》2019年10月44期论文;