2.5D 機織Cf/Al 復合材料熱殘余應力與熱變形細觀力學分析

童 德, 蔡長春, 王振軍, 劉燕武, 張益豪, 余 歡, 徐志鋒

（南昌航空大學 航空制造工程學院, 南昌 330063）

連續碳纖維增強鋁基復合材料（Cf/Al 復合材料）具有優良的綜合性能，在航空航天、汽車工程、國防工業等領域具有廣泛的應用前景[1-2]。近年來出現的各種機織Cf/Al 復合材料[3-4]不僅具有Cf/Al 復合材料的優點，而且具有很好的結構和性能可設計性。然而，在復合材料高溫制備工藝過程中，由于碳纖維增強體和基體鋁合金之間熱膨脹系數失配，以及紗線機織結構復雜和溫度梯度大等因素，會導致制備完成后復合材料內部存在顯著的熱殘余應力。機織復合材料是由紗線和基體及其二者之間的界面構成宏觀結構，紗線本質上是單向纖維增強復合材料，其在細觀尺度上由纖維、基體及其界面組成。因此，機織復合材料熱殘余應力可分為微觀尺度熱殘余應力和細觀尺度熱殘余應力[5]。微觀尺度熱殘余應力主要是纖維與基體的熱膨脹系數失配而引起的，這種纖維-基體熱殘余應力會導致紗線中基體開裂及界面脫粘，從而降低紗線力學性能并導致復合材料性能惡化[6]。細觀尺度熱殘余應力主要是紗線與基體的熱膨脹系數失配引起的，這種紗線-基體熱殘余應力會造成復合材料宏觀結構的屈曲和變形，影響裝配和使用[7]。因此，預測和分析熱殘余應力并消除其不利影響，對開展復合材料高性能設計和制備具有重要實際意義。

目前，有關單向纖維增強金屬基復合材料熱殘余應力研究主要集中在銅基、鈦基和鋁基復合材料等方面。……