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连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料泛温度域本构模型

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连续碳纤维增强热塑性聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)具有抗冲击、易修复、耐高温等优异特性,是新一代航空航天热端结构的优选材料.PEEK基体的结晶特性使其在高于玻璃化转变温度(143℃左右)时仍具有较强承载能力,因此,CF/PEEK复合材料能够在200℃条件下长期服役.然而,CF/PEEK复合材料的成型温度域宽、服役温度范围广,高温条件下PEEK树脂会逐渐松弛,导致CF/PEEK复合材料呈现出与时间、温度、加载历史相关的各向异性黏弹性,对复合材料结构成型过程与服役历史的精细化设计带来了挑战.现有复合材料高温预测模型主要基于弹塑性本构的刚度折减方法,未充分考虑材料的各向异性松弛行为.发展了一种描述CF/PEEK复合材料力学性能随时间、温度演化的各向异性黏弹本构模型.通过表征热塑性PEEK树脂的松弛模量主曲线,基于广义Maxwell黏弹模型,获取泛温度域(25～200℃)热塑性PEEK的黏弹性本构参数,结合复合材料等效力学性能的半经验解法,给出了三维复合材料各向异性黏弹本构模型.通过与CF/PEEK复合材料的横向高温松弛实验和代表性体积单元(RVE)仿真模拟结果比较,证明了该模型的有效性.这一本构模型可用于CF/PEEK复合材料结构的成型过程仿真和高温力学性能设计.
A constitutive model of continuous carbon fiber reinforced thermoplastic polyether ether ketone composites in a wide temperature range

李泽超、雷鸣、校金友、文立华、侯晓

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西北工业大学 航天学院,西安 710072

中国航天科技集团有限公司,北京 100048

热塑性复合材料 高温松弛 黏弹性 细观均匀化 代表性体积单元

国家自然科学基金重点项目国家自然科学基金委员会-中国航天科技集团有限公司航天先进制造技术研究联合基金

52090051U1837601

2022

10.13801/j.cnki.fhclxb.20210806.001

复合材料学报
北京航空航天大学 中国复合材料学会

复合材料学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：0.933
ISSN：1000-3851
年,卷(期)：2022.39(7)
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