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1、C/C复合材料的疲劳性能及损伤研究现状301C/C复合材料的疲劳性能及损伤研究现状StudyontheFatigueBehaviorofCarbon/CarbonComposites12廖晓玲,徐文峰(1重庆科技学院,重庆401331;2重庆文理学院,重庆402168)12LIAOXiao-ling,XUWen-feng(1ChongqingUniversityofSciencesandTechnology401331China;2ChongqingUniversityofArtsandSciences
2、,Chongqing402168,China)摘要:碳/碳复合材料作为理想的高温结构材料,在服役过程中不可避免地涉及疲劳加载的情况,其疲劳行为的研究具有十分重要的意义。通过对近年来C/C复合材料疲劳行为的研究情况进行的综述,总结出了疲劳特点以及疲劳过程中材料微观结构的变化特点。并在此基础上,对今后的研究工作发表了一些看法。关键词:碳/碳复合材料;疲劳行为;疲劳机理文献标识码:A文章编号:1001-4381(2008)Supp-l0301-04Abstract:Astheidealcandidatesfo
3、rhightemperaturestructuralmaterials,carbon/carboncompositesarenodoubtinvolvedinfatigueloads.Therefore,thestudyonfatiguebehaviorismeaningful.Inthispaper,theresearchonfatiguebehaviorofcarbon/carboncompositeswasreviewedandthecharacteris-ticoffatiguebehavior
4、wassummarized.Someviewpointsforfurtherinvestigationsarealsomadeinthispaper.Keywords:carbon/carboncomposites;fatiguebehavior;fatiguemechanism疲劳失效是发生在工程领域中的一类十分普遍的等,这些损伤还会相互影响和组合,表现出非常复杂的物理现象,工程中很多机件和构件都是在变动载荷下疲劳破坏行为,很少出现由单一裂纹控制的破坏机理。[10]工作的,如曲轴、连杆、齿轮、弹簧、叶
5、片及桥梁等,其失图1反映了两者之间的特点,从图中可以看出,尽管[1-3]效形式主要是疲劳断裂。据统计,疲劳破坏在整复合材料初始阶段损伤尺寸比金属材料大,但多种损个失效件中约占80%左右,极易造成人身事故和经济伤形式和增强纤维的牵制作用使复合材料具有良好的损失,危害性极大。因此,工程技术界对其极为重视,断裂韧性和低的缺口敏感性,因此疲劳寿命比金属材从力学、设计、材料及工艺方面开展疲劳研究,寻求有料长,具有较大的临界损伤尺寸。此外,复合材料疲劳[4-6]效对策,至今有百余年历史。损伤是积累的,而金属材料的疲
6、劳损伤破坏是突发性公开文献中报导的疲劳研究大多数针对金属材的。总的来说,复合材料的抗疲劳性能比金属材料好[7]料。复合材料具备传统金属不可能具备的力学性得多。能、热学性能和抗环境作用性能,因此最近几年人们对其表现出浓厚的兴趣,与此相应对复合材料疲劳行为1C/C复合材料的疲劳行为[8-15]的研究兴趣也日益增长。研究发现复合材料具有优异的疲劳性能,例如,多数金属材料的疲劳极限是对于C/C复合材料而言,其最初主要是作为功能拉伸强度的40%~50%,而碳纤维/环氧树脂复合材材料使用,如高温抗烧蚀材料、耐磨材料
7、等,以结构应料则可达90%,这是由于复合材料独特的结构使其对用为目的的研究工作开展的相对较晚;同时,又由于疲劳载荷的响应在本质上不同于金属材料,表现出不C/C复合材料制备的高成本以及强烈的军事背景,有[16]同的疲劳损伤机理。关该材料疲劳行为以及损伤演变的研究报导很少。因对于大多数各向同性材料,在受交变载荷作用时,此,到目前为止对C/C复合材料疲劳行为的了解还极往往出现一个单一的疲劳主裂纹并控制其最终的疲劳为有限,在国外只有少数关于层压结构2DC/C复合[17][18-24]破坏;而对于复合材料,往往在
8、高应力区出现较大材料疲劳行为的研究,在国内仅有该课题组的韩[16]规模的损伤,如界面脱胶、基体开裂、分层和纤维断裂红梅对三维整体编织C/C复合材料的拉拉疲劳行302材料工程/2008年增刊1(SAMPEChina2008)4替的试验方法,考察了该材料在疲劳循环前6@10次的拉伸强度变化情况,对比了疲劳循环加载前后试样的静拉伸载荷-位移曲线,如图2所示。发现在拉拉疲劳循环过程中,C/C复合材料的静拉伸强度在逐渐4提高,当循环周次到6@10次时
