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摘要
多孔碳纤维纸由随机分布的碳纤维构成，常用于燃料电池、发热材料等先进结构，其主要服役状态为面外压缩。碳纤维纸的压缩应变对其力学、热学、电学性能均有显著影响，因此迫切需要揭示其面外压缩本构关系。该文针对碳纤维纸微结构随机多孔的特点，提出了2种非线性面外压缩本构模型，分别是考虑赫兹接触影响的对数型模型和考虑孔隙率和单胞尺寸的幂函数型模型。基于3种商品化碳纤维纸的应力-应变实验数据，将该文提出的两种模型与传统的线性模型进行分析对比，并讨论了有、无额外有机物对碳纤维纸力学性能的影响。结果表明：碳纤维纸中的额外有机物对其应力-应变关系有比较明显的影响，全面考虑接触变形、弯曲变形与孔隙率变化的对数型本构模型具有较好的鲁棒性，适用范围较广；幂函数型本构模型能够较准确地预测有机物含量较低的碳纤维纸的应力-应变关系；传统的线性本构模型对各种碳纤维纸的预测均有较大的误差，该文提出的两种非线性本构模型对碳纤维纸具有较好的适用性，可以反映碳纤维纸的非线性应力-应变关系。
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