三維針刺C/C控制棒導向管側向抗壓強度評價的數值研究

管月霞 劉新寬 曾廣禮 高彥濤

1（上海理工大學材料科學與工程學院 上海 200093）

2（中國科學院上海應用物理研究所 上海 201800）

C/C復合材料具有導熱性好、耐腐蝕性好、承載能力強等優點［1］。該材料被廣泛應用于航空航天、汽車工業、核能等多個領域。三維針刺C/C復合材料是由碳基體與針刺預制體復合而成。它比三維編織復合材料的制備工藝更簡單，密度更大，是一種具有廣闊應用前景的耐高溫結構復合材料。但三維針刺C/C復合材料構件的力學性能對幾何形狀、預成型結構非常敏感。在實際的制造、使用和維護過程中，往往要承受各種外部載荷，這會導致內部損傷產生，嚴重影響復合材料在使用過程中的性能，降低了復合材料構件的使用壽命。所以有必要對復合材料的極限承載力和漸進損傷行為進行研究。

研究漸進損傷行為需要模擬復合材料從初始損傷到最終失效的逐漸失效過程。Mei［2］對陶瓷基復合材料進行了壓縮加載試驗和卸載試驗，分析了復合材料不同損傷機制對材料性能影響的差異性；Cai［3］對三維針刺C/C復合材料進行了三點彎曲加載試驗，在彎曲載荷作用下進行了力學表征和微觀結構的觀察，結果表明：該材料具有假塑性斷裂特征，平均強度為120 MPa；溫衛東［4］著重考慮了復合材料基體開裂、層間剪應力以及層間拉應力等因素對材料在低速沖擊下產生分層損傷的影響，并發展了一種可以判斷復合材料層合板分層失效的準則。通過試驗對復合材料失效過程的研究，可以發展一種評估復合材料漸進損傷的有限元計算方法。……