《Materials Today Communications》期刊刊登了南昌航空大学江西省重点实验室、上海电机学院航空学院、大连交通大学机车车辆工程学院以及位于中国大连的大连理工大学工业装备结构分析、优化与CAE软件国家重点实验室共同开展的最新研究成果——《Effects of elevated temperature on longitudinal tensile failure behavior of unidirectional carbon fiber reinforced aluminum composites》(即“高温对单向碳纤维增强铝基复合材料纵向拉伸失效行为的影响")一文。
文章研究了25°颁至400°颁高温条件下单向碳纤维增强铝基复合材料纵向拉伸失效行为。通过单纤维推离测试研究界面行为,并构建考虑热历史和纤维强度分散的模型。结果显示,制造冷却产生残余应力和轻微界面损伤,服役加热缓解残余应力但损伤积累。服役温度从25°颁升至300°颁,复合材料弹性模量和极限应力分别下降10.4%和7.5%,纤维簇状断裂,无效长度增加41.4%,应力集中降低,界面和基体损伤加重。实验部分包括纵向、横向拉伸测试等,确定各组分力学性能和界面行为。基于实验结果构建搁痴贰模型,模拟纵向拉伸行为,探讨300°颁高温下力学行为和失效机制。研究揭示温度对复合材料微观和宏观响应影响,为温度环境下材料设计和制备提供参考。
不同温度下的界面行为 (a) 25°C时的完整载荷-位移曲线 (b) 不同温度下的载荷-位移曲线 (c) Pmax的变化。
制造过程中冷却阶段的热应变。
加热前的热应变。
复合材料在室温和高温下的实验与模拟纵向拉伸响应。
首根纤维断裂后300°C和25°C时的应力和损伤。(a) 断裂纤维的归一化应力;(b) 周围界面和基体的损伤。
结论:铝基体和界面的力学性能随温度升高而显着下降,界面性能退化对复合材料的力学性能退化起重要作用。
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