針對(duì)真空壓力浸滲制備的單向碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料（CF/Al復(fù)合材料）,采用細(xì)觀力學(xué)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)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(xué)行為,并分析了界面結(jié)合性能和纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料橫向壓縮力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:基于纖維對(duì)角正方形分布RVE建立的細(xì)觀力學(xué)有限元模型,可以較好地計(jì)算預(yù)測(cè)復(fù)合材料橫向壓縮變形力學(xué)行為。壓縮變形初期界面首先發(fā)生損傷和失效現(xiàn)象,進(jìn)而誘發(fā)界面附近基體合金的局部損傷;隨壓縮應(yīng)變?cè)黾?界面和基體損傷逐漸發(fā)展并導(dǎo)致纖維的失效,復(fù)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(fù)合材料橫向壓縮彈性模量和極限強(qiáng)度隨著界面強(qiáng)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(fù)合材料橫向壓縮極限強(qiáng)度和彈性模量均隨纖維體積分?jǐn)?shù)的增大而減小。 

【文章來源】：中國有色金屬學(xué)報(bào). 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(yù)制體Fig.1Packagedfiberpreform

第30卷第5期楊思遠(yuǎn)，等：橫向壓縮載荷下CF/Al復(fù)合材料微觀損傷演化與斷裂力學(xué)行為987圖2CF/Al復(fù)合材料橫向壓縮試樣及其尺寸Fig.2AppearanceanddimensionofCF/Alcompositespecimenfortransversecompression:(a)Specimensize;(b)Specimenappearance2細(xì)觀力學(xué)有限元模型2.1RVE模型圖3(a)所示為纖維體積分?jǐn)?shù)55%的CF/Al復(fù)合材料在垂直于纖維的橫向截面內(nèi)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(xì)觀模型，根據(jù)圖3(a)中纖維分布特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化，假設(shè)基體合金中纖維分布均勻且具有對(duì)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?jǐn)?shù)為55%的條件下，纖維正六邊形分布的RVE模型長(zhǎng)度Lc為13.3μm，寬度Wc為7.7μm；纖維對(duì)角正方圖3CF/Al復(fù)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(wǎng)格特征長(zhǎng)度；pl為等效塑性應(yīng)變；plf為完全失效等效塑性應(yīng)變。2.4界面對(duì)于纖維與基體之間的界面，本文采用零厚度內(nèi)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(nèi)聚力單元的損傷演化本構(gòu)關(guān)系，并借此描述復(fù)合材料承載時(shí)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(yīng)力準(zhǔn)則來判斷界面的初始損傷：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3356702