1、玻璃纖維、碳纖維等纖維復合材料的開發(fā)和利用推動了人類社會的發(fā)展，但隨之而來的環(huán)境污染問題已經(jīng)引起了社會的高度關注。天然植物纖維作為一種新型纖維增強材料，其具有資源豐富、生產(chǎn)成本低廉、可生態(tài)降解、比強度高等優(yōu)點，兼?zhèn)洵h(huán)境友好和生態(tài)優(yōu)勢，成為取代傳統(tǒng)合成纖維的新型材料產(chǎn)業(yè)，其復合材料的生產(chǎn)和應用降低了塑料工業(yè)對經(jīng)濟和環(huán)境的壓力。
　　本文首先對單向竹原纖維增強復合材料進行拉伸破壞實驗，利用掃描電子顯微鏡測試方法(Scanning El

2、ectron Microscope。SEM)技術對復合材料拉伸斷裂橫、縱截面的微觀結構形貌進行觀察，建立這類復合材料的多重損傷細觀破壞力學模型，即纖維斷裂同時伴隨局部基體的拉伸破壞和纖維/基體界面劈裂。將每一根纖維斷裂及其伴隨的基體開裂和界面劈裂定義為一個損傷實體，建立的多重損傷模型反映了損傷模式間的相互耦合和競爭?；诩羟袦竽Ｐ秃陀绊懞瘮?shù)疊加的方法，發(fā)展了一套包括纖維和基體拉伸特性、界面剪切劈裂的多纖維斷裂誘導應力與變形重分配的近似

3、應力分析方法，為預測復合材料的漸進破壞行為奠定了理論基礎。
　　其次，考慮到天然植物纖維長度以及纖維與纖維之間直徑的不同對其內部缺陷分布乃至纖維強度的影響，對竹原纖維強度的分散性進行了研究，即分別采用Weibull線性模型和指數(shù)模型探討了竹原纖維強度的分布特征。采用最大似然估計方法(Maximum Likelihood Estimation。MLE)和多數(shù)組集合方法(Multiple Data Set。MDS)對獲取的多組尺寸下的

4、纖維強度進行擬合，得到所需的Weibull參數(shù)。將兩種模型下的強度預測值與實驗值進行了比較，發(fā)現(xiàn)：由于直徑的不均勻性使得纖維強度呈現(xiàn)出較大的分散性；同線性模型相比，指數(shù)模型更適合于描述天然纖維的強度分布。
　　最后，將纖維拉伸強度看作一個隨機變量，通過采用Monte-Carlo方法模擬復合材料的拉伸破壞行為，包括：(1)獲取了纖維、基體等組分材料的損傷累積效應，發(fā)現(xiàn)纖維斷裂是此類復合材料的主要破壞方式；(2)除了纖維斷裂外，界面和

5、基體的損傷使得材料的應力-應變響應呈現(xiàn)出非線性關系；(3)得到了復合材料拉伸強度的尺寸效應，表明強度對復合材料尺寸具有敏感性；(4)隨著纖維體積百分含量的增加，纖維斷裂引起的局部應力集中將會有效地傳遞給相鄰纖維，使得纖維承擔外載的能力增強，從而提高了復合材料的強度；(5)隨著纖維強度分散性的增加，復合材料的力學性能將降低。通過以上實驗結果和數(shù)值模擬的對比，驗證了這種多尺度方法對于表征和模擬天然纖維增強復合材料拉伸破壞行為的有效性。