文 献 综 述

1 课题背景

从远古时代，人类就认识到几种材料的结合是有益的，将枝条和胶泥复合是实际的复合工艺，并用于建造结构。复合材料作为由两种或两种以上单一材料经适当工艺处理而成的新材料，它保留了原有组分材料的优点，克服或弥补了其缺点，并可能出现一些新的性能。适当选择不同的材料组分、比例、位置和取向，合理控制界面的结构和性能，可使复合材料结构满足单一材料所无法达到的性能要求，如高比强度、高比刚度、良好的抗疲劳性能和减振性能等。在功能复合材料中则达到要求的电、光和磁等方面的性能，从而很好地满足各种特殊需要，为人们在选择和设计材料方面提供了更多的自由。目前，复合材料的研制与发展速度一日千里，在航空、航天、机械、土木、医学、生物和能源化工等许多领域得到了广泛的应用^[1-2]。

最简单的一种复合材料就是纤维单向增强复合材料。单向复合材料中出现的损伤常见的有基体开裂、纤维断裂、纤维/基体界面脱粘等形式。一般来说，当基体为塑性材料时，由于较高的延展能力可保证纤维断裂前基体不发生明显损伤，从而造成最后纤维断裂；当纤维和基体同为脆性材料时，由于基体较低的断裂应变导致裂纹首先在基体萌生。基体裂纹产生后，在持续的外载作用下，就会由一相向另一相扩展。当裂纹逼近纤维/基体界面时，裂纹的发展便密切相关于界面的性质：如果界面粘结很强，则裂纹会切断界面而由一相进入另一相；如果界面粘结较弱，则裂纹会沿纤维/基体界面方向发展，即发生界面脱粘。由此可见，复合材料中相与相之间的粘结状态是非常重要的^[3]。

在复合材料的制造过程中，人们通过各种表面处理方法(包括涂覆聚合物，高温和电化学氧化，在纤维表面气相沉积其它成分的涂层)以改善复合材料的表面或层间性能。在两种组分之问，由于在把两者粘结在一起的过程中发生了热或化学反应，导致产生了一个化学和(或)物理特性改变的区域(图1)，其大小取决于纤维和基体的化学和物理性能，也许只是原子尺度，或在几个微米内。它的性能十分不同于基体和纤维的性能，并对复合材料的性能有重要的影响。

图1 纤维、基体、界面模型

2 研究模型

单纤维复合材料模型（图2）具备复合材料的最基本的组成单元：纤维、基体和界面，是实际复合材料的最基本模型，被广泛用于研究复合材料的细观力学行为，相应的理论模型#8212;剪切滞后模型也日益发展。