叠层穿刺结构Cf/Al复合材料的弯曲性能及失效分析

采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为47.5%的叠层穿刺结构Cf/Al复合材料,主要研究复合材料的显微组织以及弯曲性能,并进一步分析复合材料的弯曲失效机理。结果表明:复合材料的致密度为95.0%,经、纬向显微组织均存在少量微孔缺陷,且纬向显微组织的微孔缺陷较经向显微组织要多。叠层穿刺结构Cf/Al复合材料的弯曲强度和模量分别为327 MPa和114 GPa,内侧面受压处,基体出现团簇,经向纤维束由于屈曲变形程度大导致被压断,纬向纤维束发生相应地挤压变形,而在外侧面受拉处复合材料被拉伸破坏,造成基体开裂。

叠层穿刺CF/Al复合材料准静态拉伸力学行为与失效机制

针对新型的叠层穿刺碳纤维织物增强铝基复合材料(CF/Al复合材料),通过细观力学数值模拟与实验结合的方法研究了其在准静态拉伸载荷作用下的渐进损伤与断裂力学行为。复合材料经向拉伸弹性模量、极限强度与断裂应变的实验结果分别为129.61 GPa、630.14 MPa和0.75%,细观力学模型预测误差分别为-9.41%、7.57%和1.33%,均匀化计算的宏观应力-应变曲线与实验曲线总体上相符。经向拉伸变形初期首先出现经/纬纱交织处基体合金的局部损伤,随着拉伸应变量的增大依次发生纬纱和穿刺纱的横向开裂,拉伸变形后期基体合金与经纱失效引起宏观应力-应变曲线的急剧下降,复合材料拉伸断口表现为经纱轴向断裂及纬纱和穿刺纱横向开裂共存的形貌特征,纤维拔出和基体断裂导致的经纱轴向断裂是诱发复合材料最终失效的主要机制。

叠层穿刺C_(f)/Al复合材料的高温拉伸性能研究

选用M40J碳纤维为增强体、ZL301铝合金为基体,采用真空气压浸渗法制备碳纤维体积分数为50%的叠层穿刺Cf/Al复合材料。主要研究了复合材料室温和高温下的经向拉伸性能,并分析了其微观组织及拉伸失效机理。结果表明,叠层穿刺Cf/Al复合材料在室温、350℃和400℃下经向抗拉强度分别为650.2、619.8和540MPa,经向弹性模量分别为81.78、72.76和60.82GPa;叠层穿刺Cf/Al复合材料在350℃和400℃下经向抗拉强度的损失率分别为4.8%和16.95%,经向弹性模量的损失率分别为11%和25.67%,在350~400℃叠层穿刺Cf/Al复合材料经向力学性能下降幅度明显大于室温~350℃;其应力-应变曲线呈非线性特征,叠层穿刺Cf/Al复合材料高温经向拉伸失效过程可分成4个阶段,即整体抗变形阶段、累积阶段、断裂失效阶段、失稳断裂阶段。