三維編織C-C復合材料斷裂行為研究.pdf

1、編織C/C復合材料綜合了碳纖維和編織復合材料的優(yōu)異力學性能,不僅具有高比強度、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性能,在結構上具有高度的整體性。因此,C/C復合材料廣泛的應用在工業(yè)領域和生物醫(yī)學領域。由于在材料的制備和使用過程中會產生微裂紋,微孔洞等細觀缺陷,在外載的作用下,這些缺陷進一步發(fā)展成為宏觀裂紋,在損傷達到一定容限后破壞。因此研究三維編織復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、,從而為三維編織復合材料的工程應用提供理論基礎。
　　本文以三維編織C/C復合材料為研究對象,綜合利用斷裂實驗和數值分析的方法從宏觀的角度對材料的斷裂破壞過程進行理論分析和數值模擬研究。主要開展了研究工作如下:
　　首先,對三維編織C/C復合材料的斷裂行為進行實驗研究,通過彎曲強度實驗考察了切口深度對材料的影響。利用兩種不同的計算C/C復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復合材料斷裂破壞的損傷失效過程,采用了柔度標定的方法結合三點彎曲循環(huán)加載實驗獲得材料的裂紋擴展阻力曲線(R曲線)。該曲線反映了材料的損傷演化過程。
　　其次,針對三維編織C/C復合材料結構的復雜性以及材料非線性,若考慮單胞結構則十分困難,而且在斷裂失效的過程中裂紋的擴展路徑是不規(guī)則的。采用離散內聚力模型能夠很好的解決材料的非線性問題。在數值分析的過程中把編織復合材料等效為