论文摘要：湿热环境下国产碳纤维复合材料的界面性能演化规律研究

碳纤维复合材料以其优异的力学性能而被广泛应用于航空飞行器结构件上，但航空飞行器在服役期间所经历的环境极其复杂，其飞行环境会发生温度和湿度的周期性改变，而在整个服役期间会经历成千上万次这种循环湿热过程。因此，系统研究湿热环境下复合材料的性能退化具有重要的实际意义。本文针对国产碳纤维CCF300/BMI复合材料在湿热环境下的界面性能开展对比研究，以揭示碳纤维/双马复合材料在湿热环境下的界面性能演变规律和变化机理，指导国产碳纤维复合材料的性能改进，为其在航空飞行器结构上的应用奠定基础。首先，分别针对不同界面组成的国产碳纤维CCF300增强BMI树脂复合材料在湿热环境下的吸/脱湿行为开展研究，确定了其饱和吸湿量和循环吸湿周期，在此基础上研究了其循环吸/脱湿行为。研究结果显示，碳纤维复合材料在湿热环境下的吸/脱湿行为与界面性能密切相关，不同的上浆剂（界面组成）将导致饱和吸湿量产生较大差异。其次，采用宏观短梁剪切试验并结合扫描电镜微观形貌观察研究了不同界面组成的碳纤维复合材料在湿热环境下的层间剪切强度和纤维/基体界面结合状态，分别考察了吸湿时间、湿热循环周期、脱湿温度和湿热处理历史对碳纤维复合材料层间剪切强度的影响规律，揭示了不同上浆剂（界面组成）的碳纤维复合材料在湿热环境下的层间剪切强度差异，并分别采用Phani-Bose水浸增塑模型和Gunyaev自然老化寿命预测模型对复合材料在湿热环境下的性能退化进行了预测， 确定了复合材料在湿热环境下存在“饱和”损伤状态。采用微滴脱粘这一微观界面性能评价手段表征了国产碳纤维CCF300/5405复合材料在循环湿热环境下的纤维/基体界面剪切强度，并在实验基础上以通用有限元软件ABAQUS为平台，基于Carroll’s理论和内聚力界面单元失效准则与损伤演化模型建立了微滴脱粘实验数值模拟技术，分析得到了CCF300/5405复合材料在自然干态下和湿热环境下的界面性能参数和微滴脱粘实验过程中的界面剪应力分布形式，并对微滴脱粘实验中测试数据离散性较大的原因进行了模拟，最后考虑了热残余应力对界面剪切强度的影响。最后，基于Linde关于横观各向同性层合板的失效准则和损伤演化模型（忽略复合材料中的纤维/基体界面），并引入内聚力界面单元失效与损伤演化模型模拟复合材料层间分层，建立的复合材料短梁剪切试验数值模型可以较好地模拟CCF300(J4)/5405复合材料湿热处理前后的层间剪切强度和损伤演化过程，结果显示短梁剪切试验中层间分层失效和受基体性能影响较敏感的横向失效首先发生，但这两者的失效并不致命，失效后复合材料还能承担一定载荷，而沿着纤维方向的纵向失效则是致命的。另外研究结果发现，单向复合材料层合板的短梁剪切最大失效载荷与受基体性能控制敏感的纵向压缩强度密切相关，验证了湿热循环过程中脱湿前后短梁剪切实验结果ILSS的变化规律。

来源：半壳优胜育转载请保留出处和链接！

本文链接：http://www.87cpy.com/202888.html