高溫對單向碳纖維增強鋁基複合材料縱向拉伸失效行為的影響

《Materials Today Communications》期刊刊登了南昌航空大學江西省重點實驗室、上海電機學院航空學院、大連交通大學機車車輛工程學院以及位於(yu) 中國大連的大連理工大學工業(ye) 裝備結構分析、優(you) 化與(yu) CAE軟件國家重點實驗室共同開展的最新研究成果——《Effects of elevated temperature on longitudinal tensile failure behavior of unidirectional carbon fiber reinforced aluminum composites》（即“高溫對單向碳纖維增強鋁基複合材料縱向拉伸失效行為(wei) 的影響"）一文。

文章研究了25°C至400°C高溫條件下單向碳纖維增強鋁基複合材料縱向拉伸失效行為(wei) 。通過單纖維推離測試研究界麵行為(wei) ，並構建考慮熱曆史和纖維強度分散的模型。結果顯示，製造冷卻產(chan) 生殘餘(yu) 應力和輕微界麵損傷(shang) ，服役加熱緩解殘餘(yu) 應力但損傷(shang) 積累。服役溫度從(cong) 25°C升至300°C，複合材料彈性模量和極限應力分別下降10.4%和7.5%，纖維簇狀斷裂，無效長度增加41.4%，應力集中降低，界麵和基體(ti) 損傷(shang) 加重。實驗部分包括縱向、橫向拉伸測試等，確定各組分力學性能和界麵行為(wei) 。基於(yu) 實驗結果構建RVE模型，模擬縱向拉伸行為(wei) ，探討300°C高溫下力學行為(wei) 和失效機製。研究揭示溫度對複合材料微觀和宏觀響應影響，為(wei) 溫度環境下材料設計和製備提供參考。

不同溫度下的界麵行為(wei) (a) 25°C時的完整載荷-位移曲線 (b) 不同溫度下的載荷-位移曲線 (c) Pmax的變化。

製造過程中冷卻階段的熱應變。

加熱前的熱應變。

複合材料在室溫和高溫下的實驗與(yu) 模擬縱向拉伸響應。

首根纖維斷裂後300°C和25°C時的應力和損傷(shang) 。（a） 斷裂纖維的歸一化應力；（b） 周圍界麵和基體(ti) 的損傷(shang) 。

300°C時斷裂纖維簇的發展及周圍組分的損傷情況。

結論:鋁基體(ti) 和界麵的力學性能隨溫度升高而顯著下降，界麵性能退化對複合材料的力學性能退化起重要作用。