Page 40 - 《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

内/外剪切载荷下存在显著的应变率效应，因此，对于 UD CFRP 在动态加载下的力学性能和损伤演化的
预测，还需要进一步引入率相关的基体本构模型进行研究。

3 结 论

为了明确 UD CFRP 在不同载荷条件下的力学行为，建立了一个同时考虑纤维、基体和纤维-基体界
面相几何特征的 RVE 模型，模型包含了纤维断裂、基体失效和界面脱粘等损伤机制，对模型施加周期性
边界条件进行分析，得到以下主要结论。
(1) 建立的 RVE 模型能够很好预测 UD CFRP 在不同载荷下的峰值应力和失效应变，所有工况的误
差均在 5% 以下。
(2) 横向拉伸载荷下，UD CFRP 首先发生界面脱粘，随后界面脱粘处的应力集中导致基体塑性应变
快速积累，导致基体发生损伤破坏，最终形成的贯穿裂纹与载荷方向近似垂直；横向压缩载荷下，UD CFRP
的界面塑性应变和基体塑性应变是同时发生的，最终形成的贯穿裂纹与垂直加载方向的平面夹角为 52.5°。
(3) 无论是纵向拉伸还是纵向压缩，UD CFRP 的主要损伤机制都是纤维断裂，在最终破坏前界面只
是发生了轻微的损伤，基体并未发生损伤，这是因为环氧基体的单轴拉伸失效应变和压缩失效应变远大
于碳纤维。
(4) 面外剪切载荷下 UD CFRP 的损伤演化过程与横向拉伸载荷类似，而面内剪切下的损伤演化则
是与横向压缩载荷相似。面外剪切失效应变是横向拉伸失效应变的 3 倍左右，原因是此时 UD CFRP 的
力学行为主要由环氧树脂主导，而环氧树脂的剪切失效应变是单轴拉伸失效应变的 2～3 倍。面内剪切
失效应变大于横向压缩失效应变的原因是碳纤维的高纵向弹性模量起到了更强的增强作用。

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