2.5D 機(jī)織Cf/Al 復(fù)合材料熱殘余應(yīng)力與熱變形細(xì)觀力學(xué)分析

童 德, 蔡長(zhǎng)春, 王振軍, 劉燕武, 張益豪, 余 歡, 徐志鋒

（南昌航空大學(xué) 航空制造工程學(xué)院, 南昌 330063）

連續(xù)碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料（Cf/Al 復(fù)合材料）具有優(yōu)良的綜合性能，在航空航天、汽車(chē)工程、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[1-2]。近年來(lái)出現(xiàn)的各種機(jī)織Cf/Al 復(fù)合材料[3-4]不僅具有Cf/Al 復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，而且具有很好的結(jié)構(gòu)和性能可設(shè)計(jì)性。然而，在復(fù)合材料高溫制備工藝過(guò)程中，由于碳纖維增強(qiáng)體和基體鋁合金之間熱膨脹系數(shù)失配，以及紗線機(jī)織結(jié)構(gòu)復(fù)雜和溫度梯度大等因素，會(huì)導(dǎo)致制備完成后復(fù)合材料內(nèi)部存在顯著的熱殘余應(yīng)力。機(jī)織復(fù)合材料是由紗線和基體及其二者之間的界面構(gòu)成宏觀結(jié)構(gòu)，紗線本質(zhì)上是單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其在細(xì)觀尺度上由纖維、基體及其界面組成。因此，機(jī)織復(fù)合材料熱殘余應(yīng)力可分為微觀尺度熱殘余應(yīng)力和細(xì)觀尺度熱殘余應(yīng)力[5]。微觀尺度熱殘余應(yīng)力主要是纖維與基體的熱膨脹系數(shù)失配而引起的，這種纖維-基體熱殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致紗線中基體開(kāi)裂及界面脫粘，從而降低紗線力學(xué)性能并導(dǎo)致復(fù)合材料性能惡化[6]。細(xì)觀尺度熱殘余應(yīng)力主要是紗線與基體的熱膨脹系數(shù)失配引起的，這種紗線-基體熱殘余應(yīng)力會(huì)造成復(fù)合材料宏觀結(jié)構(gòu)的屈曲和變形，影響裝配和使用[7]。因此，預(yù)測(cè)和分析熱殘余應(yīng)力并消除其不利影響，對(duì)開(kāi)展復(fù)合材料高性能設(shè)計(jì)和制備具有重要實(shí)際意義。

目前，有關(guān)單向纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料熱殘余應(yīng)力研究主要集中在銅基、鈦基和鋁基復(fù)合材料等方面。……