铝基复合材料有轻质、高强度、高模量、低热膨胀系数以及可设计性强等优点,在航空航天等领域得到了广泛的应用[1,2]
连续碳纤维增强铝基复合材料(CF/Al复合材料)的比强度和比模量高、抗老化以及耐热性能好,在高超音速武器和航空发动机等领域有广阔的应用前景[3,4]
目前对单向CF/Al复合材料的研究,主要集中在制备[5]、组织性能分析[6]以及失效机理[7]等方面
但是,由于单向CF/Al复合材料的剪切模量和强度低以及垂直纤维方向的性能较差,在受到偏轴载荷的情况下存在开裂与分层的问题[8,9],限制了它的工程应用范围
三维编织复合材料是一种以三维整体织物为增强体的新型复合材料,与传统的单向复合材料相比,其厚度方向的纤维使其性能显著提高
厚度方向的纤维克服了层合板复合材料层间结合强度低而容易剪切分层的不足,可满足多向承载的要求[10]
高雄等[11]使用真空辅助液态成型工艺制备了三种不同机织结构(浅交弯联、浅交直联及三维正交)的复合材料,其拉伸、压缩、弯曲以及短梁剪切性能测试的结果表明：机织结构对宏观力学性能有显著的影响,三维正交结构的经向拉伸性能最好,而浅交弯联结构的性能最差
冯景鹏等[12]用真空压力浸渗制备了三维正交CF/Al复合材料,通过显微组织及室温、350℃和400℃下的性能测试分析了该复合材料的弯曲失效机理
Ahmed等[13]研究了三维正交复合材料(3DWC)在高速冲击下的力学性能和破坏行为,发现Kevlar纤维层的破坏是纤维断裂和拉出引起的,而碳纤维层破坏是由基体开裂和纤维脆性破坏引起的
Wan等[14]提出了三维正交复合材料的多尺度建模方案,分析复合材料准静态和高应变率压缩载荷下的损伤行为并计算预测了宏观压缩变形破坏强度
Naik等[15]提出了一种三维正交编织复合材料强度的模型,可预测其在经向静态拉伸载荷和剪切载荷作用下的破坏行为
Sun等[16]通过有限元分析和实验研究三维正交树脂基复合材料的弹道冲击损伤,验证了细观力学单胞模型在复合材料弹道冲击极限强度预测中的有效性
目前三维正交复合材料承载变形损伤行为与失效机理的研究,主要集中在传统树脂基复合材料领域[17]
而有关三维正交铝基复合材料的研究,仅见于材料的制备和性能测试
为了掌握其内在失效机理,有必要进一步开展其宏细观结构损伤与断裂力学行为的数值模拟与实验研究
本文采用细观力学数值模拟与实
声明：
“三向正交纤维增强铝基复合材料经向拉伸渐进损伤及其断裂力学行为” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：刘丰华,赵文豪,蔡长春,王振军,沈高峰,张映锋,徐志锋,余欢
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2025年05月16日 ~ 18日 
