针刺C/C复合材料面内拉伸强度预测

作者:刘文台,程坤,周何乐子,白侠,廖敦明,周华民 时间:2022-08-03 点击数:

针刺C/C复合材料因其优异的耐高温性能、低成本、高层间性能等优点,被广泛用于航空航天等领域需要服役于极端环境的部件中。但由于其工艺复杂,材料离散性大,难以从工程经验上预测拉伸性能,尤其是拉伸强度。而现有模拟手段往往建模复杂,需要事先进行一系列试验以获得相关参数,难以达到预测的效果。

   本文考虑无纬布层、网胎层、针刺纤维束、界面及孔隙,建立了针刺C/C复合材料代表性体积单元有限元模型,其中,通过两步法考虑了孔隙影响并得到子区域的力学性能,通过ABAQUS UMAT及周期性边界条件模拟材料的损伤起始、演化与失效,预报了材料的面内拉伸强度,与试验结果吻合较好。同时模拟结果表明,损伤主要发展于针刺孔附近,而无纬布层受载方向的纤维损伤是导致应力下降的主要原因,网胎及垂直加载方向的无纬布层则影响应力应变趋势,即非线性程度。针刺C/C复合材料中界面相对较弱,导致针刺纤维束脱离整体结构,最终损伤与应力-应变响应与带孔板结果相近,同时针刺纤维束发生Z向变形,将一定程度影响相关子区域的应力分布。

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