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在复合材料结构设计中，界面层性质对复合材料的力学性能有着决定性的影响。相比人工合成纤维，植物纤维具有表面不光滑，直径不均匀，多尺度、多孔等结构特点，从而在植物纤维增强复合材料的破坏过程中，界面粘结及失效机理将不同于人工合成纤维增强复合材料。本研究首先基于剑麻纤维多尺度多层次的结构特点，建立双界面的单纤维拔出模型，结合单纤维拔出实验测试过程，分析植物纤维增强环氧树脂复合材料多层次界面脱粘及拔出的力学行为，同时考察界面粗糙度对植物纤维与树脂基体以及植物纤维内部单元纤维之间界面结合情况和界面应力传递的影响，探究其因结构差异所带来的破坏模式与界面失效机理与人工合成纤维增强复合材料的不同。研究结果表明，在单纤维拔出过程中，植物纤维由于自身独特的多尺度结构特点，其复合材料界面脱粘呈多层次破坏模式，剩余拔出强度逐步降低；界面粗糙度对界面应力传递有显著影响；理论分析结果与单纤维拔出测试实验值吻合较好。