关键词:
碳/碳复合材料
针刺
工艺参数
单胞
力学性能
摘要:
针刺工艺参数的优化控制,对综合改善碳/碳复合材料的力学性能至关重要。发展基于仿真技术的“虚拟现实试验”方法,可快速、并发地优选出最优的针刺工艺参数组合方式。本工作建立了不同针刺密度(25针/cm^(2)、36针/cm^(2)、64针/cm^(2)和100针/cm^(2))下的针刺碳/碳复合材料单胞模型,并分别将最大应力准则和Hashin失效准则应用于网胎层和无纬布层的失效分析中,结合周期性边界条件,分析得到了针刺密度对碳/碳复合材料损伤失效模式及力学行为的影响机制。研究发现:随着载荷的增加,无论是网胎层,还是无纬布层,裂纹都萌生于针刺纤维束的圆周边界,且裂纹呈现出与加载方向成近±45°的“十”字交叉型式。对于高针刺密度的碳/碳复合材料,由于针刺纤维束对其面内造成的损伤区域占比更高,使其更容易出现垂直于加载方向的横向裂纹损伤,从而削弱了材料的承载能力。相比于25针/cm^(2),针刺密度为36针/cm^(2)、64针/cm^(2)和100针/cm^(2)的碳/碳复合材料,其断裂强度分别下降了约3%、5%和19%。此外,割线刚度退化结果表明,在失效前,针刺碳/碳复合材料的力学行为表现出了一定的非线性。这主要是由拉伸开裂过程中的渐进损伤所引起的。本工作所建立的仿真模型可用于指导针刺碳/碳复合材料预制体构型的优化设计。