复合材料结构受横向载荷作用的强度问题

  

       众所周知，各向同性材料结构的极限分析与设计只需一个应力强度条件（如采用第一或者第四强度理论）。但是在复合材料的情况下，问题要复杂得多。本文中提出除了一个应力强度条件之外，还须补充一个临界变形条件或者称为临界刚度条件才可以确定复合材料结构在横向载荷作用下的极限破坏状态的观点。对本文作者近期在这方面的研究工作作了介绍，尤其侧重介绍如何确定复合材料结构的极限承载能力，并指出复合材料结构受有横向载荷作用的一些有待研究解决的紧迫问题。

       纤维增强复合材料因其卓越的比刚度和比强度以及材料性能的可设计特性，在航空航天、汽车交通、化工能源、建筑桥梁、军工船舰、文体娱乐以及生物工程等领域得到了越来越广泛的应用。复合材料结构多用作为承力件。一般结构件所受的载荷，主要是横向弯曲力。因此，了解和掌握纤维增强复合材料结构在横向载荷作用下的力学响应，正确评估它们的最大承载能力，对于结构的合理设计与应用具有十分重要的意义。

       对复合材料结构在面内载荷（即薄膜载荷）下的破坏分析与强度理论研究现状进行了评估。指出：复合材料的强度理论，并没有很好地建立起来。目前，还没有一种有限元商用软件包，可以对复合材料结构进行“自动的”非线弹性结构分析，带有进行这种结构分析的复合材料库模型）并进而有效地预报其最大承载能力。一个根本原因是：目前描述复合材料直到破坏时的力学行为，基本上都是采用线弹性的本构理论！。由于复合材料结构通常为叠层结构，层与层之间静不定。要精确确定每一层所分担的载荷，须提供其精确的、当前（瞬时）的刚度系数。当复合材料进入破坏阶段时，某些层一般进入了非线性变形。仅仅基于线弹性刚度，不可能精确确定每一层所分担的载荷，因此，对复合材料结构最大承载能力的预报就会存在误差。

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