连续纤维增强铝基复合材料横向剪切断裂行为的细观力学分析

沈高峰，苏 倩，刘丰华，蔡长春，王振军，徐志锋，余 欢

（1. 南昌航空大学 航空制造工程学院，南昌 330063；2. 无损检测技术教育部重点实验室（南昌航空大学），南昌 330063）

引 言

碳（石墨）纤维增强铝基复合材料（Cf/Al 复合材料）具有轻质、高强度、高模量的特性[1-2]，优异的抗热老化性能和力学性能的可设计性[3-4]，其在航空航天器和先进武器与装备等工程领域具有广泛的应用前景。大量的Cf/Al 复合材料实验研究主要涉及其制备方法[5-6]、界面反应[7-8]和力学性能[9-11]等方面，而关于其承载变形过程中的损伤行为与断裂失效机理的研究却鲜有报道。一般来说，通过实验研究其损伤与失效行为不仅需要耗费大量的人力和物力，而且难以深入揭示微观结构的损伤传播和失效行为细节。因此，掌握Cf/Al 复合材料承载变形时的微观损伤演化与失效规律，并由此揭示其对复合材料宏观断裂力学行为的影响机理就显得尤为重要。

为了深入研究各种类型纤维增强铝基复合材料的损伤和破坏行为，近年来发展了多种细观力学有限元模型。如Tan 等[12]采用纤维均匀排布的单胞模型研究了单向Bf/Al 复合材料的横向拉伸变形行为，并通过改变纤维体积分数、纤维排列方式和界面刚度分别研究了其对复合材料基体损伤演化和力学响应的影响，但在其微观力学模型中未考虑界面在变形过程中的非弹性行为。Chen等[13]分别采用速率依赖的弹塑性破坏准则和各向同性破坏准则对基体合金和纤维进行定义，建立了单向SiCf/Al 复合材料的细观力学有限元模型。……