Page 34 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 裴柯磊，等： 基于细观力学模型的单向纤维复合材料的力学行为 第 7 期

则是界面脱粘和基体损伤失效形成的小裂纹汇
聚形成的。图 6 比较了 RVE 模型形成的最终裂纹
和 SEM [35] 下 UD CFRP 在相同载荷条件下观察
到的裂纹，可以看出，两者的方向都近似为垂直
于加载方向，更细节的裂纹走向不同则是纤维的 y 10 μm
随机分布造成的。因此，本模型预测的损伤过程 z O
是合理的，在横向拉伸条件下，UD CFRP 的损伤 (a) RVE (b) SEM [35]
机制是界面脱粘处基体破坏形成贯穿裂纹。 图 6 RVE 模型预测的最终裂纹与 SEM 表征结果 [35] 对比
图 7 为 RVE 模型在横向压缩条件下的损伤 Fig. 6 Comparison of the final crack predicted by the RVE model
and the characterization results of SEM [35]
演化过程，UD CFRP 的初始损伤在 ε =1.5% 时
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发生（ε 为 3 UD CFRP 在 z 方向的应变）。基体的塑性应变和界面的损伤几乎是同时发生的，这是因为在
3
压缩条件下，内聚力单元主要发生滑移，而对应的内聚力的滑移强度和断裂能则是拉伸情况下的数倍，
与基体压缩强度相接近 [20, 29] ；随后界面脱粘和基体的局部失效形成的裂纹快速扩展，不同裂纹的扩展角
度是相同的；随着应变的增加，裂纹贯穿了整个模型。如图 8 所示，横向压缩下 RVE 模型形成的贯穿裂
纹与施加载荷方向的法线夹角为 52.5°，而 SEM 结果 [35] 显示该加载条件下形成的裂纹角度为 56°，两者
十分接近。根据 Mohr-Coulomb 准则，固体材料在单轴载荷下的裂纹角度可以表示为：
α = 45 +θ/2 (9)
◦
式中：α 为固体断裂面与垂直于加载轴的平面之间的夹角，θ 为材料摩擦角。

PEEQ PEEQ
0.209 0.405
0.188 0.364
0.167 0.324
0.146 0.283
0.126 0.243
0.105 0.202
0.084 0.162
0.063 Interfacial 0.121
0.042 0.081
0.021 debonding 0.040
0 0
Plastic Plastic
deformation deformation
Matrix failure

(a) Point A (b) Point B

PEEQ PEEQ
0.478 0.478
0.431 0.431
0.383 0.383
0.335 0.335
0.287 0.287
0.239 0.239
0.191 0.191
0.144 0.144
0.096 0.096
0.048 0.048
0 0

y

z O
(c) Point C (d) Point D

图 7 横向压缩条件下 UD CFRP 损伤演化过程
Fig. 7 Damage evolution process of UD CFRP under transverse compression loading

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