连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料泛温度域本构模型

作者：李泽超; 雷鸣^*; 校金友^*; 文立华; 侯晓

来源：复合材料学报, 2022, 39(07): 3581-3589.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20210806.001

• 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

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。

• 单位
  航天学院; 西北工业大学; 中国航天科技集团有限公司