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

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。

关键词

航空C_f/SiC复合材料 / SiC涂层厚度 / 分子动力学压痕模拟 / 亚表面损伤