水分-载荷耦合作用下2D编织复合材料的力学行为

为了研究长期水分-载荷耦合作用下2D编织复合材料的吸湿行为及性能劣化规律,设计了水分-载荷耦合环境老化装置,开展了不同应力水平下碳纤维增强环氧树脂(T300/H69)平纹编织复合材料的吸湿试验及吸湿后的拉伸试验。结果表明:T300/H69编织复合材料的吸湿量与拉伸预应力总体上呈现正相关,随着拉伸预应力的增大而增大;相对于水分单独作用,水分-载荷耦合作用下材料的弹性模量和强度退化更明显,在140%σ_(s)(σ_(s)为屈服强度)预应力下作用432 h后,编织复合材料的弹性模量及失效强度分别下降达55.9%和35.4%。此外,通过宏微观断面分析,进一步揭示长期水分-载荷耦合作用下编织复合材料性能的退化机制,并基于Shiva剩余强度理论,改进了水分-载荷作用下复合材料的剩余强度模型,预测结果良好,为复杂环境下复合材料耐久性设计提供指导。

2D编织C/SiC孔边致密化结构多尺度混合模型与拉伸性能

针对一种开孔2D编织C/SiC复合材料在化学气相浸渗过程中出现的孔边致密化结构,提出了一种表征孔边致密化结构的建模方法。考虑孔隙的随机分布,建立了纤维束尺度代表体积元模型,实现了2D编织C/SiC复合材料等效弹性模量的计算。在此基础上,建立了具有孔边致密化结构的2D编织C/SiC复合材料宏-细观组合模型。基于3D hashin失效准则与修正的Von Mises失效准则,建立了2D编织C/SiC复合材料的渐进损伤模型,模拟了其单轴拉伸应力-应变行为。通过与实验数据的对比分析,验证了模型的有效性。计算不同孔隙率、致密带半径以及孔径的开孔2D编织C/SiC复合材料拉伸强度并分析其影响规律。计算结果表明:随着孔隙率的增大,材料刚度与拉伸强度不断减小,当孔隙率从5%上升到20%时,抗拉强度降低26.05%;随着致密带半径的增加,材料刚度下降越缓慢,失效强度越大,当致密带半径从0 mm增大到0.75 mm时,抗拉强度提高14.17%;随着孔径增大,孔边应力集中效应增强,孔边损伤程度加剧,材料损伤越快,当孔径从0.5 mm增大到2 mm时,抗拉强度降低35.01%。