三向正交纤维增强铝基复合材料经向拉伸渐进损伤及其断裂力学行为

摘要

用真空压力浸渗法制备了新型三向正交碳纤维增强铝基(CF/Al)复合材料，根据其内部纱线截面形状和机织结构特征建立了考虑界面作用的细观力学有限元模型，并将数值模拟与实验相结合研究了复合材料在经向拉伸载荷作用下的渐进损伤与断裂力学行为。结果表明，铝基复合材料拉伸弹性模量、极限强度与断裂应变的实验结果，分别为120.7 GPa、771.75 MPa和0.83%。数值模拟的计算误差分别为-3.21%、1.75%和-9.63%，宏观应力-应变曲线的计算结果与实验曲线吻合得较好。在经向拉伸载荷作用下复合材料的基体合金与Z向纱之间的界面先发生失效，随着拉伸应变量的增大纱线交织处基体合金的损伤逐渐累积并先后发生Z纱和纬纱的局部开裂失效，在拉伸变形后期基体合金的失效和经纱断裂最终使复合材料失去承载能力。铝基复合材料的拉伸断口呈现出经纱轴向断裂以及纬纱和Z向纱横向开裂的形貌，起主要承载作用的经纱其轴向断口较为平齐且纤维拔出长度较短，复合材料经向拉伸时表现出一定的脆性断裂特征。

关键词