含人工缺陷的Cf-Al復(fù)合材料壓縮失效行為研究.pdf

1、連續(xù)碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料(Cf/Al)具有高的比強(qiáng)度、比剛度等優(yōu)異特性，在航空航天領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的機(jī)翼，機(jī)身，尾板等，均要求具有高壓縮強(qiáng)度，然而相關(guān)研究卻十分少見(jiàn)。復(fù)合材料中不同類型缺陷對(duì)性能的影響不盡相同，研究缺陷對(duì)性能的影響規(guī)律迫在眉睫。
　　本試驗(yàn)在復(fù)合材料中人工制備了類型、尺寸確定的夾雜、分層、鋁層缺陷，并通過(guò)電火花打孔來(lái)模擬結(jié)構(gòu)孔洞。其中夾雜、分層和鋁層缺陷的長(zhǎng)度分別為2、4、6和8mm，厚度0.2

2、mm，寬10mm；孔洞缺陷均為通孔，直徑分別為0.3、0.45、0.55、0.8、1.4和1.8mm。研究缺陷厚度的影響時(shí)，鋁層缺陷厚度分別為0.05、0.08、0.1和0.15mm，缺陷長(zhǎng)4mm，寬10mm。缺陷經(jīng)超聲檢測(cè)確認(rèn)尺寸與位置。
　　單向Cf/Al復(fù)合材料的纖維方向壓縮強(qiáng)度為1337MPa，壓縮模量245GPa，垂直于纖維方向的壓縮強(qiáng)度為185MPa，壓縮模量25GPa；0°/90°層合復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度為584MPa

3、，壓縮模量為120GPa。±45°層合復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度為200MPa，壓縮模量70GPa。
　　無(wú)缺陷復(fù)合材料的縱向壓縮破壞主要由復(fù)合材料在壓縮應(yīng)力下的鼓起變形導(dǎo)致，纖維鼓出發(fā)生屈曲，進(jìn)而扭折斷裂引起復(fù)合材料的失效破壞；橫向破壞取決于纖維/基體界面的開(kāi)裂和鋁基體屈服。0°/90°層合復(fù)合材料的壓縮破壞取決于縱向纖維的失效破壞，不同鋪層間發(fā)生層間開(kāi)裂；±45°層合復(fù)合材料在壓縮應(yīng)力下出現(xiàn)層間剪切，一部分纖維沿界面發(fā)生剝離，整體滑移

4、，另一部分纖維沿徑向剪切斷裂。缺陷對(duì)復(fù)合材料壓縮斷裂的影響主要在于纖維繞過(guò)缺陷時(shí)在邊緣發(fā)生傾斜變形，在壓縮應(yīng)力下易于發(fā)生剪切扭折斷裂，進(jìn)而造成復(fù)合材料的整體破壞。
　　層狀缺陷的長(zhǎng)度逐漸增大，復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度先降后升，在單向復(fù)合材料中的降幅大于層合復(fù)合材料。拐點(diǎn)的位置由纖維傾斜變形和界面開(kāi)裂共同決定。單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度對(duì)孔洞敏感，但孔洞直徑的改變對(duì)壓縮強(qiáng)度的影響較小。層合復(fù)合材料對(duì)孔洞缺陷不敏感，壓縮強(qiáng)度隨孔洞直徑的