C/C-SiC缎纹编织复合材料孔隙缺陷的建模及其拉伸性能仿真

张兆杭¹，崔少康¹，谭志勇²，杨振宇¹，卢子兴¹

1. 北京航空航天大学航空科学与工程学院2. 北京临近空间飞行器系统工程研究所

摘 要：主要研究了随机孔隙缺陷在C/C-SiC缎纹编织复合材料中的有限元建模方法及其对拉伸性能的影响。基于C/C-SiC缎纹编织复合材料的细观结构和实验观察所得的微观形貌,得出孔隙缺陷具有随机分布特征,提出了一种三维随机碰撞算法模拟孔隙在复合材料中的分布,建立了含随机孔隙缺陷的C/C-SiC缎纹编织复合材料的有限元模型。采用有限元软件ABAQUS模拟了其在拉伸载荷下的力学行为,讨论了孔隙缺陷的尺寸和分布形式对材料拉伸性能的影响,并对试样进行了单轴拉伸实验测试,验证了数值模拟的有效性。结果表明,用本文方法建立的有限元模型符合含孔隙缺陷C/C-SiC缎纹编织复合材料的真实细观结构,相应的数值模拟结果也与试验数据吻合较好。本文的研究结果为含孔隙缺陷的缎纹编织复合材料及具有相似结构特征的复合材料的力学分析与优化设计提供了一种有效的方法。

关键词：编织复合材料;渐进损伤模型;缺陷尺寸;孔隙率;随机碰撞算法;拉伸性能;C/C-SiC;