纤维体积分数对C_f/Al复合材料热残余应力及损伤影响的数值模拟

摘要

针对真空压力浸渗法制备的单向碳纤维增强铝基复合材料（单向C_f/Al复合材料）,基于基体延性损伤和界面内聚力本构建立了细观力学有限元模型，结合热膨胀实验，研究了其降温过程中热残余应力和损伤的分布与演化规律，并对纤维体积分数的影响进行了分析。结果表明：构建的细观力学单胞有限元模型能有效地模拟材料的宏观热膨胀变形行为及横向拉伸力学性能，可用于热残余应力及损伤状态的预测；材料制备完成后，基体主要承受热残余拉应力，纤维主要承受热残余压应力；随着纤维体积分数的提高，基体中残余拉应力在富基体区域的集中程度逐渐增大，纤维中残余压应力值显著降低；基体损伤发源于贫基体区域临近界面处，纤维体积分数越高，降温过程中基体初始损伤发生越早，最终损伤程度越大；纤维体积分数较大时，贫基体区域附近的界面会产生损伤，界面损伤发生在基体损伤之后。

关键词

铝基复合材料 / 热残余应力 / 损伤 / 细观力学 / 数值模拟

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.52165018); 江西省主要学科学术和技术带头人培养计划——领军人才资助项目(No.20225BCJ22002)