碳纤维/环氧树脂单向复合材料的吸湿残余应力研究

航空材料学报, 2009, 29(4): 57-62. doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2009.04.012

碳纤维/环氧树脂单向复合材料的吸湿残余应力研究

黄远 ^1, , 万怡灶 ^2, , 何芳 ^3, , 王玉林 ^4, , 高智芳 ^5, , 李刚 ^6,

1.天津大学,材料科学与工程学院,天津市材料复合与功能化重点实验室,天津,300072

2.天津大学,材料科学与工程学院,天津市材料复合与功能化重点实验室,天津,300072

3.天津大学,材料科学与工程学院,天津市材料复合与功能化重点实验室,天津,300072

4.天津大学,材料科学与工程学院,天津市材料复合与功能化重点实验室,天津,300072

5.天津大学,材料科学与工程学院,天津市材料复合与功能化重点实验室,天津,300072

6.天津大学,材料科学与工程学院,天津市材料复合与功能化重点实验室,天津,300072

基金项目: 国家自然科学基金(50773051)

关键词：碳纤维增强环氧树脂基复合材料 , ABAQUS , 吸湿实验 , 残余应力 , 失效

Study on Residual Stresses Induced by Moisture Absorption in Unidirectional Carbon Fiber/Epoxy Resin Composites

对碳纤维增强环氧树脂基(CFL/EP)单向复合材料在湿热环境下吸湿残余应力进行了研究.首先,采用ABAQUS有限元软件计算了环境温度T=37℃及T=80℃条件下随时间变化的材料中水分分布,该结果和材料吸湿实验结果吻合较好,同时也发现碳纤维随机分布模型能更好地模拟复合材料吸湿行为;随后,根据获得的水分分布对随时间变化的吸湿残余应力进行了研究.结果表明:树脂基体长时间吸湿导致的残余应力能够达到很高的水平(30MPa以上),其中纤维间距较小的基体区域以及基体和纤维界面处的应力水平明显高于其他区域,而在界面处应力值最高.这种高水平的残余应力在吸湿、脱湿循环下可能导致材料发生疲劳损伤及失效.

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