含人工缺陷的Cf-Al復合材料壓縮失效行為研究.pdf

1、連續(xù)碳纖維增強鋁基復合材料(Cf/Al)具有高的比強度、比剛度等優(yōu)異特性，在航空航天領域具有巨大的應用潛力。長纖維增強的機翼，機身，尾板等，均要求具有高壓縮強度，然而相關研究卻十分少見。復合材料中不同類型缺陷對性能的影響不盡相同，研究缺陷對性能的影響規(guī)律迫在眉睫。
　　本試驗在復合材料中人工制備了類型、尺寸確定的夾雜、分層、鋁層缺陷，并通過電火花打孔來模擬結構孔洞。其中夾雜、分層和鋁層缺陷的長度分別為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，鋁層缺陷厚度分別為0.05、0.08、0.1和0.15mm，缺陷長4mm，寬10mm。缺陷經(jīng)超聲檢測確認尺寸與位置。
　　單向Cf/Al復合材料的纖維方向壓縮強度為1337MPa，壓縮模量245GPa，垂直于纖維方向的壓縮強度為185MPa，壓縮模量25GPa；0°/90°層合復合材料的壓縮強度為584MPa

3、，壓縮模量為120GPa?！?5°層合復合材料的壓縮強度為200MPa，壓縮模量70GPa。
　　無缺陷復合材料的縱向壓縮破壞主要由復合材料在壓縮應力下的鼓起變形導致，纖維鼓出發(fā)生屈曲，進而扭折斷裂引起復合材料的失效破壞；橫向破壞取決于纖維/基體界面的開裂和鋁基體屈服。0°/90°層合復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)生層間開裂；±45°層合復合材料在壓縮應力下出現(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。缺陷對復合材料壓縮斷裂的影響主要在于纖維繞過缺陷時在邊緣發(fā)生傾斜變形，在壓縮應力下易于發(fā)生剪切扭折斷裂，進而造成復合材料的整體破壞。
　　層狀缺陷的長度逐漸增大，復合材料的壓縮強度先降后升，在單向復合材料中的降幅大于層合復合材料。拐點的位置由纖維傾斜變形和界面開裂共同決定。單向纖維增強復合材料的壓縮強度對孔洞敏感，但孔洞直徑的改變對壓縮強度的影響較小。層合復合材料對孔洞缺陷不敏感，壓縮強度隨孔洞直徑的