基于分子动力学纳米压痕模拟航空C_f/SiC复合材料亚表面损伤扩展演化规律分析

李勇; 廖达海; 胡洋; 吕瑞轩; 汪建芳; 胡晨; 马成文

doi:10.13957/j.cnki.tcxb.2026.01.017

陶瓷学报 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (1) : 159 -169. DOI: 10.13957/j.cnki.tcxb.2026.01.017

基于分子动力学纳米压痕模拟航空C_f/SiC复合材料亚表面损伤扩展演化规律分析

李勇, 廖达海, 胡洋, 吕瑞轩, 汪建芳, 胡晨, 马成文

作者信息 +

Author information +

文章历史 +

摘要

为探究金刚石压头作用下，SiC涂层厚度对航空C_f/SiC复合材料纳米压痕行为的影响，本文重点研究了亚表面损伤扩展演化规律。基于分子动力学，构建了金刚石压头作用下的C_f/SiC复合材料分子动力学压痕模型。模型融合了Tersoff势、AIREBO势、Morse势与Lennard-Jones（LJ）势四种势函数，从载荷—位移曲线、应力分布、径向分布函数和原子键断裂等多个角度，系统研究了SiC涂层厚度对C_f/SiC复合材料力学性能的影响。结果显示，SiC涂层在压痕过程中显著增强了碳纤维基体的刚度与承载能力，最大载荷随厚度增加而增大。然而，较厚的涂层在提升整体力学性能的同时，也可能在局部范围引入损伤敏感性。当涂层厚度为1.0 nm时，径向分布函数的主峰强度为70.9；当涂层厚度为1.5 nm时，主峰强度为65.0；当涂层厚度为2.0 nm时，主峰强度降至58.2。径向分布函数的主峰强度随涂层厚度的增加逐渐减弱，表明该区域内原子键断裂数量增加，产生一定的损伤积聚效应。该研究有助于深入理解涂层增强复合材料的力学响应规律，并为优化复合材料设计以及调控纳米力学性能提供参考。