项目名称: 压力浸渗法金属z-pin增强碳纤维/铝复合材料层合板的层间断裂行为及界面调控机理

项目编号: No.51305075

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2014

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 张云鹤

作者单位: 东北林业大学

项目金额: 24万元

中文摘要: 高比强度和高比刚度的碳纤维/铝复合材料(Cf/Al)对航空航天结构小型化、轻量化设计具有重要意义,但在其压力浸渗铸造成型及机械加工过程中层合板结构易发生分层。为解决该问题,本项目首次将z-pin技术概念应用于金属基复合材料领域,设计制备金属z-pin增强Cf/Al复合材料层合板,拟通过分析影响z-pin/层合板界面结构形成的热力学和动力学因素,阐明界面结构调控机理,分析层合板的原位层间剪切变形行为,并对层合板的层间断裂过程进行数值模拟,获得z-pin/基体界面结构和复合材料层间断裂行为相关性规律,探明金属z-pin对复合材料层合板的桥联机制,建立z-pin的细观力学模型,确立Cf/Al复合材料层间及面内力学性能的界面调控设计方法。本项目的实施将为z-pin技术应用于Cf/Al复合材料结构设计提供理论依据和基础数据,对促进Cf/Al复合材料的材料-结构一体化成型具有理论意义和实际价值。

中文关键词: 分层;z-pin;界面;铝基复合材料;

英文摘要: Carbon fiber reinforced aluminum matrix composites (Cf/Al) of high specific strength and specific stiffness are of great importance in miniaturization and lightweight design of aeronautics and astronautics structures, however, delamination fractures in Cf/Al composites laminates are common during their proceeding by pressure infiltration casting and subsequent machining. In order to solve this problem,the present project for the first time introduces the novel concept of z-pin technology to metal matrix composites area, focusing on designing and fabrication of z-pinned Cf/Al composites laminates. The current work is set to investigate some thermodynamics and kinetics factors which impact the interface mesostructure between z-pins and laminates and clarify the relevant regulating and controlling mechanism with the z-pin/laminate interface mesostructure. In the present project the shear-delamination behavior of z-pinned Cf/Al composites laminates will be observed in situ and their deformation and fracture will also be investigated through the computer simulation to obtain the relevant principle and bridging mechanism of metallic z-pin in Cf/Al composites laminates. The effect of the z-pin/laminate interface mesostructure on the delamination fracture behavior of z-pinned Cf/Al composites laminates will be analyzed.

英文关键词: delamination;z-pin;interface;aluminum matrix composite;

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