納米纖維改性C-C復合材料斷裂過程的擴展有限元法分析.pdf

1、隨著科技的進步發(fā)展，碳/碳復合材料其應用領域仍在逐步擴大，但是因為碳纖維與基體的界面結合程度并不高，容易脫粘，而且基體炭的強度不高容易開裂而導致材料失效。因此，為了提高 C/C復合材料的綜合性能，對其進行改性，從而達到增韌的效果是必要且可行的。前期研究表明納米炭纖維是進一步改善 C/C復合材料的理想材料，但有關納米纖維改性C/C復合材料(CNF-C/C)的增強機理并沒有深入的研究。本文采用數(shù)值模擬的方法來對 CNF-C/C復合材料的增強

2、機理進行研究分析，目前 ANSYS的基本功能對于實現(xiàn)裂紋在垂直穿過界面后的擴展還無法實現(xiàn)，而編寫的擴展有限元程序能夠實現(xiàn)這一功能，所以本文采用ANSYS與擴展有限元程序結合起來，以分析改性后的復合材料中各因素的對材料性能的影響效果及增韌機理問題。本文主要研究工作如下：
　?。?）首先驗證擴展有限元程序的可行性：采用不含預置裂紋的C/C復合材料模型，將擴展有限元程序運行出來的結果與直接采用ANSYS仿真的結果進行比較，兩者模擬結果吻

3、合，從而驗證此程序的可行性。
　?。?）根據(jù)建立的C/C復合材料和CNF-C/C復合材料的概念模型以及給出的公式是從理論角度，證明了納米纖維改性對C/C復合材料的增韌的作用，分析CNF的加入提高復合材料力學性能的原因，并估算納米纖維含量的影響。
　?。?）模擬在C/C復合材料與CNF-C/C復合材料中，預置的垂直于結合界面的裂紋擴展情況，對計算結果進行比較分析，可以觀察到由于納米纖維的加入增加了碳纖維和基體之間的粘結強度，與

4、研究者們前期的研究結果相同；
　?。?）模擬在不同納米纖維長度的改性復合材料中裂紋垂直結合界面的擴展情況，結果顯示隨著納米纖維長度的增加，裂縫偏轉程度減小，即碳纖維不易被拔出；證明納米纖維長度越長，碳纖維和基體之間的粘結程度越強，CNF增韌C/C復合材料的效果越好。
　?。?）模擬裂紋在不同基體彈性模量的改性復合材料中的擴展情況，可以看出在相同作用力下，隨著基體彈性模量的增加裂紋偏轉程度逐漸減小，表明纖維越不容易被拔出，CN