記者3月8日從哈爾濱工業大學(深圳)獲悉,該校理學院教授仲政團隊提出一種非線性本構模型,證實碳纖維增強聚合物復合材料(以下簡稱CFRP復合材料)在電場環境中將不可逆損傷。該研究將為評估此類材料在長期服役中的穩定性和可靠性提供理論基礎。相關研究成果發表在《固體力學與物理學雜志》上。
CFRP復合材料以其卓越的強度重量比和出色的機械特性而聞名,廣泛應用于汽車制造、航空航天、新能源等領域。 “由于碳纖維具有導電性,因此在電場環境中CFRP復合材料除受到機械載荷作用之外,還受電流影響。”仲政介紹,“相關研究表明,長時間暴露在電場環境中的CFRP復合材料,其力學性能會逐漸發生退化,影響其服役壽命。” 仲政團隊基于非平衡熱力學,構建出一個完整的連續介質力學的非線性本構模型,用于描述CFRP復合材料在電場環境中不可逆損傷過程。 “CFRP復合材料內部的電化學降解機制主要分為兩個類型,一為焦耳熱引起的材料電熱損傷,二為電子躍遷或介電擊穿引起的基體裂紋和分層。”仲政介紹,該模型成功推導出了控制熱損傷和介電退化過程的演化方程。 據悉,團隊通過將理論模型的預測結果與實驗數據進行對比,驗證了所建模型的準確性和合理性。同時模型可用于預測不同碳纖維含量的CFRP復合材料在長期直流電作用下的力學性能演化,從而為電場環境下CFRP復合材料的可靠性設計提供理論指導。 |