层合板的破坏特征及成因分析

层合板的破坏分为初始层破坏（first ply failure，FPF）和最终层破坏（last ply failure，LPF）。图10-18所示为破坏过程中应力应变关系的示意图。

图10-18　层合板中各单层板逐次破坏

对于层合板，某单层的破坏并不意味着整个板即刻断裂。考虑（0°/90°/90°/0°）正交层合板受单轴拉伸的情况，这时，各个单层沿纤维方向的切应力为零。因此，只可能发生横向或轴向破坏。如图10-19（a）所示，首先在90°层发生基体裂纹，由于载荷大部分由0°层承担（约85%），90°层基体裂纹的发生并不会引起0°层拉应力的很大变化；此后，随着载荷的增加，90°层限制0°层的横向（宽度方向）收缩，从而在0°层中引起σ2的增大，导致在平行于纤维方向上裂纹的发生，如图10-19（b）所示。在图10-19（b）所示的状态下，尽管层合板尚未整体断裂，但裂纹形成网络，对压力容器而言，这种情况会造成气体泄漏。当载荷继续增加，使得0°层σ1=σ1u时，层合板将发生整体断裂（见图10-19（c））。

图10-19　玻璃纤维/环氧树脂复合材料正交层合板破坏示意图(www.xing528.com)

层间应力是引发层合板断裂的另一原因。单层板之间的载荷传递是通过层间切应力来进行的，切应力可能引起层间裂纹的发生。图10-20所示为层间切应力发生过程。图10-21所示为（φ/（-φ））碳纤维/环氧树脂复合材料斜交层合板层间切应力的计算结果。当试样宽度较小时，层间切应力对整体断裂有很大影响，随着宽度增加，层间切应力的影响迅速减小。

图10-20　层间切应力

图10-21　碳纤维/环氧树脂复合材料斜交层合板层间切应力的计算结果