金属学报

作者：吴志勇, 邵徽凡, 蔡长春, 曾敏, 王振军, 王艳丽, 陈雷, 熊博文

单位：1 南昌航空大学 航空制造工程学院 南昌 330063；2 中航工业江西洪都航空工业集团有限责任公司 南昌 330096

关键词：斜纹碳布缝合织物,铝基复合材料,细观力学,损伤演化,高温力学性能,失效机制,

基金：国家自然科学基金项目(52165018);江西省主要学科学术和技术带头人培养计划项目(20225BCJ22002)

三维织物增强铝基复合材料具有高比强度、高比模量以及优良的耐高温和抗冲击性能，是制造航空航天耐热结构的理想材料，目前尚缺乏其高温环境下力学特性与失效机制的系统性研究。本工作研究了高温(400 ℃)环境下斜纹碳布缝合织物结构增强铝基复合材料的准静态拉伸力学行为与失效机理，并根据其织物结构和纱线微观组织特征建立了基于微观和细观尺度代表性单胞的细观力学有限元模型；采用数值模拟与实验结合的方法分析了复合材料在高温拉伸过程中的宏观力学响应、组元结构损伤演化与渐进失效行为。结果表明，复合材料的高温拉伸模量、强度与断裂应变的实验均值分别为103.20 GPa、621.60 MPa和0.819%，数值模拟得到拉伸应力-应变曲线与复合材料高温拉伸实验曲线总体上吻合较好。高温环境下复合材料内部存在复杂的热应力，基体合金和纱线分别处于压应力和拉应力状态。在拉伸初期阶段，复合材料中缝合纱失效、经/纬纱搭接处基体损伤和经纱局部失效，但表现出了线弹性力学响应。随着拉伸载荷增大，基体的损伤程度加重且沿织物斜纹方向出现严重的基体损伤区和纬纱开裂区，导致随应变增加拉伸应力的增长速率减缓。拉伸变形后期产生显著且互相重叠的基体和纱线失效带，经纱的轴向断裂使得复合材料失去承载能力并且拉伸应力急剧下降。高温拉伸断口中缝合纱和纬纱的断口较为平整，而经纱的断裂拔出长度不一，且呈现大量纤维断裂拔出并伴随基体合金撕裂的微观形貌特征。

来源：2025年第9期

《金属学报》期刊编辑部

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