23、复合材料剪切性能与各向异性分析

复合材料剪切性能与各向异性分析

1. 复合材料剪切性能概述

复合材料的剪切性能是其重要的力学性能之一，对于材料的应用和设计具有关键影响。在研究中，涉及到不同类型的复合材料，如单向碳纤维增强聚合物（UD - CFRP）和编织碳纤维增强聚合物（Woven - CFRP），以及多种测试方法来评估其剪切性能。

1.1 剪切强度对比

与纵向强度（UTSL = 1875 MPa）相比，层间和层内的极限剪切强度相对较低。UTSL与层间极限剪切强度（USS(interlaminar)）的比值为16 - 23，与层内极限剪切强度（USS(intralaminar)）的比值为29。同时，横向拉伸强度（UTST = 66 MPa）与层间和层内极限剪切强度也存在一定的比例关系，UTST/USS(interlaminar) = 0.6 - 0.8，UTST/USS(intralaminar) = 1。

1.2 剪切模量对比

通过V - 缺口梁测试对碳纤维环氧UD复合材料的层间和层内剪切模量进行比较。结果表明，层间剪切模量比层内剪切模量约高14%，但层间极限剪切强度低于层内极限剪切强度。

1.3 测试方法的局限性

所有测试方法都包含非纯剪切加载条件，这会导致试样出现叠加和不期望的混合模式失效。数字图像相关技术（DIC）虽然成功用于分析不同应变的复杂状态，但在分离试样中的单一失效模式方面存在困难。垂直于纤维取向的应变以及加载条件产生的应变被认为是所有测试方法中可能的失效机制，可能导致过早失效。

2. UD - CFRP的实验与分析模型对比

2.1 弹性性能

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