复合材料结构耐久性、损伤容限的选材和材料设计

断裂韧性是应用线弹性断裂力学在各向同性材料中建立的描述材料抵抗裂纹扩展能力的力学性能参数。

复合材料为什么要提高层间断裂韧性？

设计出韧性好的基体

这是因为层间性能主要取决于基体性能，基体韧性的提高可有效提高G1c 和G11C，从而可抑制分层、减少冲击后损伤面积，对复合材料而言，可提高材料整体结构韧性，（如飞机机翼、油箱、螺旋桨叶、飞机结构件等），防止冲击后漏油，赋予复合材料更高的击穿能量值，使其在高能量冲击下不易被击穿。

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如何提高复合材料的断裂韧性？

夹胶膜技术

层间夹胶膜主要是针对易受冲击结构提出的一种提高冲击阻抗或减小层间应力集中的设计方法，复合材料的碳纤维铺层之间夹入一些环氧树脂基胶膜（如大连义邦Xantu· Layr纳米纤维增韧膜）或热塑性胶膜，可提高层间断裂韧性。新一代的层间夹胶膜是采用吸水性更低的XD10作为原材料，使用静电纺丝工艺，将连续的千米长的纳米纤维沉积到离型纸上。在几乎不增加任何厚度和重量的情况下，改善复合材料的断裂韧性、冲击强度之后的压缩（CAI)和抗疲劳强度。这种技术已成功被应用于航空、F1赛车、国防军工、竞技类体育用品等复合材料结构中。

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夹胶膜的铺贴方式？

利用铺层设计改善损伤容限特性，如大连义邦Xantu. Layr纳米纤维增韧膜，使用在预浸料层间，铺贴简便，在铺贴方面通常使用±45°层压板对冲击损伤和含孔拉伸相对均不敏感，所以受损后强度降要小些。此外采用不同的铺层比，甚至不同的预浸料原材料（单向带或织物）都可以获得不同的效果。

关于材料损伤容限设计总结：复合材料是非均质的材料，含有基体、纤维和界面三项，这几种相结构对于裂纹拓展的阻力不同，另外复合材料的断裂过程中通常伴随着界面脱粘、纤维桥接、纤维拨出等能量消耗过程，这便造成复合材料内部裂纹不遵循自相拟扩展的规律，即裂纹体在受到垂直于裂纹面的拉伸载荷时，裂纹沿着原裂纹面发生扩展的规律。提高复合材料的断裂韧性就是减少裂纹的扩展，改善树脂材料的韧性，增强复合材料的可设计性。

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