三維編織C-C復(fù)合材料斷裂行為研究.pdf

1、編織C/C復(fù)合材料綜合了碳纖維和編織復(fù)合材料的優(yōu)異力學(xué)性能,不僅具有高比強(qiáng)度、高比剛度、耐高溫、耐燒蝕等優(yōu)良特性,還大大提高了沿厚度方向的力學(xué)性能,在結(jié)構(gòu)上具有高度的整體性。因此,C/C復(fù)合材料廣泛的應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。由于在材料的制備和使用過程中會(huì)產(chǎn)生微裂紋,微孔洞等細(xì)觀缺陷,在外載的作用下,這些缺陷進(jìn)一步發(fā)展成為宏觀裂紋,在損傷達(dá)到一定容限后破壞。因此研究三維編織復(fù)合材料在使用和服役過程中的斷裂損傷和失效是十分必要和迫切的

2、,從而為三維編織復(fù)合材料的工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
　　本文以三維編織C/C復(fù)合材料為研究對(duì)象,綜合利用斷裂實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析的方法從宏觀的角度對(duì)材料的斷裂破壞過程進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬研究。主要開展了研究工作如下:
　　首先,對(duì)三維編織C/C復(fù)合材料的斷裂行為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,通過彎曲強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)考察了切口深度對(duì)材料的影響。利用兩種不同的計(jì)算C/C復(fù)合材料的斷裂韌性公式得到的斷裂韌性值相差較大,說明使用ICK來表征三維編織C/C復(fù)合材料

3、的斷裂特性具有一定的局限性。為了更加直觀的研究三維編織C/C復(fù)合材料斷裂破壞的損傷失效過程,采用了柔度標(biāo)定的方法結(jié)合三點(diǎn)彎曲循環(huán)加載實(shí)驗(yàn)獲得材料的裂紋擴(kuò)展阻力曲線(R曲線)。該曲線反映了材料的損傷演化過程。
　　其次,針對(duì)三維編織C/C復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及材料非線性,若考慮單胞結(jié)構(gòu)則十分困難,而且在斷裂失效的過程中裂紋的擴(kuò)展路徑是不規(guī)則的。采用離散內(nèi)聚力模型能夠很好的解決材料的非線性問題。在數(shù)值分析的過程中把編織復(fù)合材料等效為