针刺C/C复合材料拉伸强度及渐进失效数值预测

发布时间：2024-02-27 06:41

　　基于金相显微镜观测的针刺C/C复合材料细观结构,考虑材料内部纤维的真实分布,建立了针刺C/C复合材料单胞模型。采用Linde失效准则,考虑纤维渐进损伤对材料进行了刚度折减,通过引入周期性位移边界条件,对针刺C/C复合材料的拉伸破坏进行了有限元法(FEM)数值模拟,分析了单胞模型的渐进失效过程,并预测了材料的拉伸强度。开展了针刺C/C复合材料拉伸试验,采用扫描电子显微镜(SEM)观察了材料的断口形貌,数值预测结果与试验吻合良好。针刺C/C复合材料受拉伸载荷后发生准脆性断裂,拉伸应力-应变曲线呈双线性,0°无纬碳布发生纤维断裂和基体开裂破坏,90°无纬碳布出现横向基体劈裂,最终断裂发生在针刺纤维与面内无纬碳布交叉区域。

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【部分图文】：

图１针刺Ｃ／Ｃ复合材料拉伸试件Ｆｉｇ．１ＴｅｎｓｉｌｅｓｐｅｃｉｍｅｎｏｆｎｅｅｄｌｅｄＣ／Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

谭勇洋，等：针刺Ｃ／Ｃ复合材料拉伸强度及渐进失效数值预测３７３５１试验材料及方法１．１材料及试样试验材料是采用Ｔ３００碳纤维的针刺预制体经过化学气象渗透（ＣＶＩ）工艺进行多次致密化所形成的Ｃ／Ｃ复合材料，其密度约为１．７～１．８ｇ／ｃｍ３，孔隙率为７．５％～８．５％，针刺密度为３....

图２拉伸破坏后的试件Ｆｉｇ．２Ｓｐｅｃｉｍｅｎａｆｔｅｒｔｅｎｓｉｌｅｆｒａｃｔｕｒｅ

ｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ／ＭＰａＡｖｅｒａｇｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ／ＭＰａＤｅｖｉａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ／％ＡＢＡ－１＃３．７９５４．０１Ａ－２＃３．９９５７．０６Ａ－３＃３．５９５１．３４Ａ－４＃３．９９５７．０６Ａ－５＃３．７３５３．２７Ｂ－１＃４．００５７....

图３针刺Ｃ／Ｃ复合材料预制体示意图Ｆｉｇ．３ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｎｅｅｄｌｅｄＣ／Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｒｅ－

）Ｃ１１１－ｄ（ｆ）１－ｄ（ｍ）Ｃ１２１－ｄ（ｆ）Ｃ１３０００１－ｄ（ｍ）Ｃ２２１－ｄ（ｆ）１－ｄ（ｍ）Ｃ２３０００Ｃ３３０００１－ｄ（ｆ）１－ｄ（ｍ）Ｃ４４００Ｃ５５０Ｓｙｍ．Ｃ熿燀燄６６燅（５）３细观有限元分析模型３．１针刺Ｃ／Ｃ复合材料单胞模型针刺Ｃ／Ｃ复合材料预制体由无纬....

图４针刺Ｃ／Ｃ复合材料单胞模型［８］Ｆｉｇ．４ＵｎｉｔｃｅｌｌｍｏｄｅｌｏｆｎｅｅｄｌｅｄＣ／Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［８］

的单胞。为了建立合理的计算模型，对图３中的单胞进行适当的简化［８］：无纬碳布假设为等厚度的横观各向同性单层板；网胎由随机取向的短纤维与热解碳基体构成，视为各向同性材料；针刺纤维是由刺针将面内纤维打断带入Ｚ方向所形成的，其图３针刺Ｃ／Ｃ复合材料预制体示意图Ｆｉｇ．３Ｓｃｈｅｍａｔｉ....

本文编号：3912520