針對真空壓力浸滲制備的單向碳纖維增強鋁基復合材料（CF/Al復合材料）,采用細觀力學數(shù)值模擬和實驗相結合的手段研究了其在橫向壓縮載荷下的損傷演化與斷裂力學行為,并分析了界面結合性能和纖維體積分數(shù)對復合材料橫向壓縮力學性能的影響。結果表明:基于纖維對角正方形分布RVE建立的細觀力學有限元模型,可以較好地計算預測復合材料橫向壓縮變形力學行為。壓縮變形初期界面首先發(fā)生損傷和失效現(xiàn)象,進而誘發(fā)界面附近基體合金的局部損傷;隨壓縮應變增加,界面和基體損傷逐漸發(fā)展并導致纖維的失效,復合材料橫向壓縮斷口呈現(xiàn)出界面脫粘和纖維斷裂共存的微觀形貌。復合材料橫向壓縮彈性模量和極限強度隨著界面強度增大而增大,而受界面剛度的影響較小;在相同界面性能條件下,復合材料橫向壓縮極限強度和彈性模量均隨纖維體積分數(shù)的增大而減小。 

【文章來源】：中國有色金屬學報. 2020,30(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

封裝后的纖維預制體Fig.1Packagedfiberpreform

第30卷第5期楊思遠，等：橫向壓縮載荷下CF/Al復合材料微觀損傷演化與斷裂力學行為987圖2CF/Al復合材料橫向壓縮試樣及其尺寸Fig.2AppearanceanddimensionofCF/Alcompositespecimenfortransversecompression:(a)Specimensize;(b)Specimenappearance2細觀力學有限元模型2.1RVE模型圖3(a)所示為纖維體積分數(shù)55%的CF/Al復合材料在垂直于纖維的橫向截面內的顯微組織，可以看出纖維均勻分布于基體合金中，無纖維偏聚現(xiàn)象。為便于建立反映其顯微組織特征的細觀模型，根據圖3(a)中纖維分布特點對其進行合理的簡化，假設基體合金中纖維分布均勻且具有對角正方形或正六邊形周期性特征，如圖3(b)和(d)所示。取圖3(b)和(d)中紅色矩形框的區(qū)域建立代表性體積單元(RVE)，如圖3(c)和(e)所示。RVE模型中碳纖維的直徑為6μm，在纖維體積分數(shù)為55%的條件下，纖維正六邊形分布的RVE模型長度Lc為13.3μm，寬度Wc為7.7μm；纖維對角正方圖3CF/Al復合材料微觀組織與纖維分布特征及其RVE模型Fig.3MicrostructureofCF/Alcomposite,fiberarrangementsandcorrespondingRVEmodels:(a)MicrostructureofCF/Alcomposites(SEM);(b)Fiberregularhexagonaldistribution;(c)RVEoffiberregularhexagonaldistribution;(d)Fiberdiagonalsquaredistribution;(e)RVEoffiberdiagonalsquaredistribution

plplffuLDuu(7)plplffuL(8)式中：plu為損傷開始后等效塑性位移；plfu為完全失效等效塑性位移;L為單元網格特征長度；pl為等效塑性應變；plf為完全失效等效塑性應變。2.4界面對于纖維與基體之間的界面，本文采用零厚度內聚力單元描述其損傷與失效行為，并采用牽引力分離(Tractionseparation)雙線性法則來定義內聚力單元的損傷演化本構關系，并借此描述復合材料承載時纖維/基體界面的損傷與失效行為。牽引力分離雙線性法則模型如圖6所示[32]。圖6界面損傷行為的牽引力分離雙線性法則Fig.6Bilineartractionseparationruleforinterfacialdamagebehavior在牽引力分離損傷模型中，采用最大名義應力準則來判斷界面的初始損傷：

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3356702