湿热老化后CFRP力学性能的细观表征方法

作     者：张家豪 韩啸 张宇翔 马建立 吴承伟 郭杏林 

作者机构：大连理工大学工程力学系 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

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] 

基　　金：国家自然科学基金(12172083,U1908233) 黑龙江省重点研发计划(2022ZX04A03)资助项目 

主　　题：复合材料 湿热老化 纳米压痕 约化模量 多尺度建模 

摘      要：碳纤维增强复合材料(Carbon fibre reinforced polymer, CFRP)因其高比强度、高比模量、低热膨胀系数以及较好的结构稳定性，被广泛应用在航空航天、海洋工程、汽车工业等相关领域。但在CFRP结构的长期服役过程中，湿热环境会造成CFRP材料的老化，对结构耐久性和可靠性产生显著影响。提出一种基于纳米压痕试验的CFRP力学性能表征方法。通过对湿热老化后的CFRP试件截面开展纳米压痕测试，获得了细观尺度下CFRP基体在不同吸湿状态下的力学性能分布规律。发现局部吸湿浓度越高，模量和硬度越低。进一步，将代表性体积单胞(Representative volume element, RVE)模型仿真与纳米压痕试验获得的弹性模量进行对比，验证了该试验方法的有效性，为CFRP多尺度模型材料参数提供了细观尺度的有效表征方法。该方法还适用于其他类型复合材料的细观尺度表征。