單邊切口梁法測(cè)試針刺C/C復(fù)合材料斷裂韌性①

王富強(qiáng)，嵇阿琳，白 俠，程 文，崔 紅

(1.西安航天復(fù)合材料研究所，西安 710025;2.高性能碳纖維制造及應(yīng)用國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，西安 710089)

0 引言

針刺C/C復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)與熱學(xué)性能，在航空、航天等領(lǐng)域作為結(jié)構(gòu)材料、功能材料得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于結(jié)構(gòu)材料，斷裂韌性能表示出材料在斷裂瞬間的最大受力，對(duì)于表現(xiàn)材料的抵抗失效的能力更為有效［1－2］。針刺C/C復(fù)合材料結(jié)構(gòu)特殊，目前各種斷裂韌性測(cè)試方法不完全適用于其斷裂韌性表征。因此，有必要通過試驗(yàn)與模擬深入開展針刺C/C復(fù)合材料的斷裂韌性測(cè)試研究，弄清材料斷裂機(jī)理，得出材料的斷裂韌性。

由于線彈性斷裂力學(xué)固有的特點(diǎn)及C/C復(fù)合材料的多樣性和復(fù)雜性，使得C/C復(fù)合材料斷裂韌性KIC的測(cè)試及表征受到各種外界因素的影響［3］，往往使理論計(jì)算遇到極大的困難，有時(shí)甚至無法解答。在這種情況下，測(cè)試方法成為解決問題的主要手段，目前斷裂韌性KIC的測(cè)定方法主要有單邊切口梁(SENB)法、雙扭(DT)法、雙懸臂梁(DCB)法、壓痕強(qiáng)度(ISB)法和壓痕(IM)法等［4－7］。SENB 法測(cè)試簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，是無機(jī)材料最常用的KIC測(cè)定方法。

本文根據(jù)針刺C/C復(fù)合材料特征，對(duì)SENB測(cè)試方法中的切口深度和跨距等參數(shù)進(jìn)行了研究，選出合適表征材料斷裂韌性的參數(shù)，利用ABAQUS軟件對(duì)材料預(yù)置裂紋尖端形成的拉伸開裂應(yīng)力大小進(jìn)行模擬計(jì)算，從而得出適用針刺C/C復(fù)合材料SENB法斷裂韌性表征的切口深度與跨距。

1 試驗(yàn)

1.1 材料制備

針刺C/C復(fù)合材料采用炭纖維布、炭網(wǎng)胎機(jī)械自動(dòng)針刺成型預(yù)制體，針刺密度15針/cm3，預(yù)制體密度0.40 g/cm3?！?br>