混杂纤维网络失效机制

纤维网络材料是一类广泛存在且具有重要应用前景的多功能轻质材料。目前研究主要集中于单一纤维网络材料,但实际应用中大部分纤维网络都是由不同性质纤维构成的混杂纤维网络,其性能和功能的设计空间更大,但失效机制也更复杂。为了进一步提升纤维网络材料的力学性能,深入研究混杂纤维网络的失效过程及失效机制非常重要。为此,本文建立了综合考虑纤维和纤维间连接力学性能的混杂纤维网络模型,系统地研究了混杂纤维网络的失效过程,并讨论分析了纤维混杂比例、纤维间连接强度及纤维总体积分数等因素的影响。结果表明,对于典型混杂纤维网络而言,随着纤维组分的变化,网络的失效存在连接损伤主导、连接与纤维损伤共同主导及纤维损伤主导三类不同的失效模式。其中,由连接和纤维损伤共同主导的失效,损伤分散于整个网络,连接和纤维会表现出协同作用,因此网络具有更好的韧性和强度。由此可见,混杂纤维网络力学性能的设计空间远大于单一纤维网络,具有更广阔的应用前景。