《2.5D編織C/C複合材料的多尺度力學研究》是依託北京航空航天大學，由盧子興擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：2.5D編織C/C複合材料的多尺度力學研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：盧子興
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
2.5D編織碳/碳複合材料具有優異的高溫力學性能，同時繼承了編織複合材料良好的結構整體性，具有很強的可設計性，在航空航天、核工業、汽車和生物工程等領域有著廣闊的套用前景。根據碳/碳複合材料中界面多層次的特點，本課題擬採用多尺度的研究方法，針對纖維/基體界面和纖維束/基體界面結構和尺度的特點，分別採用分子動力學模擬和直接實驗測量的方法，獲取兩類界面的內聚力模型參數。再根據2.5D編織碳/碳複合材料的細觀幾何結構，考慮纖維束/基體界面的力學特性，採用有限元法預測複合材料的各項力學性能，並建立適用於該類複合材料的強度準則。通過對不同工藝參數的試件進行力學性能測試，對數值模擬結果的有效性進行驗證。同時採用高解析度的顯微設備觀察材料破壞過程中界面微觀結構的演化規律，結合數值模擬結果揭示2.5D編織碳/碳複合材料的損傷演化規律和強韌化機制。
結題摘要
以2.5D編織複合材料為代表的編織和機織類複合材料是一類較新型的複合材料，對其力學行為進行研究具有重要的學術和套用價值。本項目在實驗、理論和模擬研究方面開展的工作和主要成果為：製備了2.5D碳纖維/樹脂基編織複合材料的巨觀力學性能測試試件，對材料經紗方向和緯紗方向的拉伸、壓縮和彎曲性能進行了全面的實驗測試，確定了材料失效形式與材料細觀結構之間的關係。利用分子動力學模擬（MD）方法，分別獲得了C/C陶瓷基複合材料中纖維/基體間界面和C/pyC/SiC陶瓷基複合材料中熱解碳和碳化矽基體間的界面的法向拉伸本構和切向剪下本構，並研究了微裂紋和原子空位率對界面力學性能的影響規律。針對複合材料中的界面脫粘問題，建立了界面的非線性彈塑性有限變形本構框架。基於該界面本構框架，建立了有限變形下界面的變形率相關的粘塑性內聚力模型，並用來解釋界面脫粘力的鬆弛行為。利用多尺度的漸進損傷模擬方法, 對以2.5D、3D編織和平紋機織複合材料為代表的編織及機織類複合材料在不同外載條件下的力學回響及損傷演化行為進行了廣泛研究，重點考察了細觀編織結構、外載形式、基體孔隙缺陷和纖維束/基體界面性能等對編織複合材料承載能力和失效模式的影響。
