摘要：本研究针对拉挤碳纤维增强热固性树脂基复合材料（拉挤碳纤维增强复合材料）在复杂载荷下的力学行为，通过多种力学试验，结合数字图像相关测量技术（DIC）与扫描电镜（SEM）阐明其失效机制，并基于三维实体单元和三维Hashin破坏准则，对拉挤碳纤维复合材料开孔拉伸的应变场与力学响应进行预测。结果表明，材料在不同受力方向表现出显著的各向异性失效行为，纵向拉伸与压缩性能均明显高于横向拉伸与压缩性能，其主要原因为拉挤成型复合材料在不同工况下的失效模式具有方向依赖性。纵向拉伸失效以纤维/基体界面脱粘引发应力重分布进而导致纤维脆性断裂为主，而横向拉伸则表现为基体主导的断裂伴随界面脱粘。在压缩工况下，纵向失效源于纤维微屈曲，横向失效则以基体剪切屈服诱导界面脱粘与纤维局部屈服为主。由于纤维的断裂与屈服载荷明显高于基体，因此纵向力学性能显著优于横向。在剪切失效模式中，复合材料呈现多裂纹扩展特征，失效始于缺口附近的水平基体裂纹，沿试样深度方向扩展为多个平行于纤维的基体裂纹，最终导致材料整体失效。此外，开孔拉伸强度可达1 246.83 MPa，表现为典型的孔边应力集中诱发的纤维-基体界面纵向劈裂失效。通过对开孔拉伸进行数值模拟预测了材料失效机理，偏差为11.06%。最后，将DIC技术与传统应变片法进行对比分析，发现其在任何应力水平下的差异均小于4%，验证了此试验中通过DIC全场应变得到的应变云图与应力-应变曲线的可靠性。本研究通过多种基础力学试验分析了拉挤成型碳纤维复合材料的失效机理，为复杂载荷下的结构设计与失效评估提供了理论依据。
文章目录
1 试验与测试
1.1 试验材料
1.2 试验仪器
1.3 测试与表征
2 结果与讨论
2.1 微观组织形貌
2.2 拉伸性能
2.3 压缩性能
2.4 剪切性能
2.5 开孔拉伸性能
3 数值模拟及DIC试验验证
3.1 数值模拟
3.1.1 有限元模型
3.1.2 数值分析
3.2 DIC全场应变测量与试验验证
4 结 论
