有序多孔基互穿相复合材料压缩力学性能的可调控设计

李建; 赵建锋; 田玉玉; 吴宗泽; 黄西成; 张凯; 万强

应用力学学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (4) : 839 -849.

李建, 赵建锋, 田玉玉, 吴宗泽, 黄西成, 张凯, 万强

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摘要

多孔材料压缩模量和平台应力的可设计性，以及压缩力学性能的可调控性是提升应用性的重难点。有序多孔基互穿相复合材料设计方法是一种可设计和调控复合材料力学性能的有效方法。首先，根据树脂基材压缩特性建立本构方程和获取材料参数，并植入有限元软件；然后，结合超弹性Ogden模型，对有序Primitive结构骨架及其互穿相复合材料进行有限元仿真，讨论骨架体积分数、填充相聚二甲基硅氧烷的力学性能对复合材料压缩性能的影响；最后分析互穿对有序多孔基互穿相复合材料压缩变形中的影响机制。结果表明：Primitive结构骨架表现出良好的高模量宽应力平台特性，但薄壁弯曲引起了平台的应力下跌现象；互穿有效抑制了骨架薄壁弯曲引起的应力下跌行为，并优化了骨架的应力分布；骨架体积分数和填充相性能的改变可以有效调控复合材料的压缩模量和应力平台的水平。有序多孔基多连续体互穿相复合材料有望解决传统高分子多孔材料压缩模量低、平台应力差异大、应力下跌的问题，指明了压缩模量和平台应力可调控设计的方向，有望促进多孔材料在吸能减振垫层中的应用。