碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,简称CFRP)作为一种新型轻量化材料,被广泛应用于汽车、航空航天等重要领域。CFRP在生产制造时经常在局部区域产生微裂纹等缺陷,这些缺陷会成为CFRP构件在服役过程中损伤发生的起点,随着损伤的积累会导致裂纹扩展甚至断裂,会严重威胁到CFRP结构的使用安全性。因此,准确分析初始缺陷对CFRP的裂纹扩展路径和破坏模式的影响,是CFRP在应用时必须考虑的工程问题。近场动力学(Peridynamic,简称PD)理论使用积分形式的运动方程描述材料的力学行为,避免了传统力学模型在求解不连续问题时的奇异性和复杂性。PD模型可自发地模拟裂纹的萌生、扩展等现象,在解决裂纹、损伤等不连续问题方面具有显著优势。本文基于键基PD理论,构建了CFRP单向板PD模型,通过仿真的手段,深入研究了初始裂纹的长度、位置和角度因素对CFRP单向板的裂纹扩展路径和最终破坏模式的影响规律。首先,建立了CFRP单向板PD模型,并编写了相应的C++程序,分别模拟了两组含中心裂纹的CFRP单向板模型在轴向拉伸载荷作用下的裂纹扩展过程。然后,对0°、45°和90°纤维取向的、含不同长度、位置和角度初始裂纹的CFRP单向板模型进行了拉伸模拟,分析了初始裂纹对CFRP单向板裂纹扩展路径和破坏模式的影响规律。最后,分别对60°和-45°纤维取向的、含任意初始裂纹的CFRP单向板的裂纹扩展路径及破坏模式进行了仿真分析。对CFRP单向板模型裂纹扩展的模拟可得到以下研究结果:(1)初始裂纹的长度、位置和角度均对CFRP单向板的裂纹扩展路径有一定影响。总的来说,单向板首先在裂纹两端出现基体损伤,裂纹扩展主要与基体损伤相关且扩展路径沿纤维方向。(2)CFRP单向板的最终破坏模式因纤维取向不同而有所区别:除0°单向板因两端纤维断裂而破坏之外,45°、90°及其它纤维方向单向板最终均因基体断裂而破坏。(3)对于45°和90°纤维方向的CFRP单向板来说,在速度载荷大小一定时,裂纹长度、位置和角度的设置都可能会改变裂纹的扩展路径,使其产生分叉或不再严格沿着纤维方向。