孔隙缺陷对三维编织C/C复合材料等效弹性性能的影响

作     者：魏坤龙 史宏斌 李江 唐敏 WEI Kunlong;SHI Hongbin;LI Jiang;TANG Min

作者机构：西北工业大学航天学院陕西西安710072 西安航天动力技术研究所燃烧、热结构与内流场重点实验室陕西西安710025 航天动力技术研究院陕西西安710025 

出 版 物：《材料科学与工程学报》 (Journal of Materials Science and Engineering)

年 卷 期：2021年第39卷第2期

页      面：186-192页

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主　　题：三维编织C/C复合材料 等效弹性常数 孔隙率 均匀化法 双尺度 界面 

摘      要：弹性常数是工程材料结构设计的重要参数。为了研究孔隙缺陷对三维编织C/C复合材料弹性性能的影响,考虑了纤维增强相、基体相和界面相的孔隙缺陷,建立了孔隙缺陷随机分布的纤维丝尺度和纤维束尺度的双尺度单胞模型,采用均匀化方法预报了含孔隙缺陷的三维编织C/C复合材料等效弹性常数,预报结果与实验结果吻合良好。在此基础上研究了孔隙率的影响,结果表明:(1)孔隙率对材料弹性常数有着显著影响,当孔隙率为10%时,材料轴向和径向拉伸模量分别减小11.17%和12.30%,面内和面外剪切模量分别减小11.28%和29.74%,面外泊松比减小29.32%,而面内泊松比增大0.26%;(2)基体相孔隙率对材料弹性常数的影响总体上呈线性,纤维增强相、界面相孔隙率的影响呈非线性,且组分相孔隙率的影响大小为:纤维增强相基体相界面相。本研究结果可为此类材料结构精细化设计和工艺优化提供参考。