随着复合材料在工程和生活中越来越广泛地应用,为满足其设计和使用的需求,对复合材料结构和性能的研究提出了新的挑战。界面作为复合材料中各组分材料最优化组合的桥梁,在保证材料的耐用性和稳定性中扮演着重要的角色。因此,界面的结构研究与性能表征、应力传递机理以及优化控制始终是复合材料界面领域中的热点研究课题,也是复合材料制造中的关键。复合材料的界面力学作为一个历久弥新的问题,虽然其重要性已经被广泛接受,对这方面的研究也有了很大的进展,但在细观尺度上对界面的力学性能实验表征、应力传递行为以及失效机理还没有统一的认识。在微观尺度上存在许多损伤机理,如纤维的脆性断裂、基体的塑性屈服和破坏、纤维/基体之间的脱粘等。然而,通常很难从宏观力学实验中判断出哪种损伤机理在宏观试件破坏过程中起主导作用。这是因为复合材料在固化加工和测试过程中界面会出现剪切和拉伸等复杂的应力状态,而且界面的粘结破坏往往会被所伴随的基体开裂、纤维断裂等损伤所掩盖。另外,在数值或理论方面,对同一界面实际问题使用不同的界面模型,即不同参界面模型的参数,常常会获得不同的机理,所得的预测结果与实验数据吻合的不好。因此,界面细观力学的实验表征方法的发展和改进仍是精确地表征界面粘结情况和研究复合材料界面力学性能的有效途径,且针对相应的复合材料体系,建立新的界面理论或数值模型来预测其界面性能和行为的变化是值得进一步讨论和研究的。本文针对这些问题,做了如下的研究工作:(1)本文针对纤维增强树脂基复合材料,以单纤维复合材料体系为研究对象,选择了微珠剥离实验对界面性能与行为进行了直接、定量地表征与研究,自行搭建了室温下的微珠剥离实验平台,全面地概述和分析了实验中所使用的装置、实验试样的制备、实验的操作步骤和影响实验结果的因素,总结了相应的规范和标准,定量地给出了反映界面性能的实验结果,详细地表征了界面的粘结程度及失效方式。(2)将含界面脱粘、摩擦及其耦合行为的非线性界面力学模型和有限元法相结合,与微珠剥离实验结果相比对,确定了界面力学模型所需的界面参数,详细地完成了对界面的应力传递过程、粘结机理和失效模式的分析和研究,数值预测结果与实验数据吻合良好。另外,详细地研究了微珠尺寸对界面的剪切强度和力学行为的影响,发现了界面剪切强度(IFSS)受微珠包裹纤维长度(le)的影响;且随着le的增大,界面的应力分布从均匀分布转化为局部应力集中区域,并沿界面传递;界面的失效模式从均匀地整体开裂转变为裂纹沿界面逐渐演化扩展。(3)为了研究温度对界面的粘结强度和失效模式的影响,进而会对复合材料的宏观性能带来变化,因此,自行搭建了可控温度下的微珠剥离实验平台,开展了不同测试温度(Tt)下的微珠剥离实验,并对这种影响进行了定量化分析。(4)基于含界面脱粘、摩擦及其耦合行为的双线性内聚力模型,进一步考虑了测试温度这一因素,从而建立了扩展的非线性界面力学模型,与传统的内聚力模型相比,在内聚力模型的切向分量引入了边界条件这一变量影响。将该界面理论模型与有限元方法相结合,研究了温度对界面的应力传递行为及失效机理产生影响,分析了界面的力学性能和行为对温度的依赖性,发现随着Tt的上升,IFSS和界面摩擦应力变小,而界面的失效模式基本不受温度的影响。