碳环氧树脂复合材料吸湿行为的有限元分析

       复合材料因具有优良的综合性能，在国民经济、国防建设等各个领域获得了广泛应用。特别是碳纤维增强环氧树脂基复合材料( CFL/EP)已经成为航空航天飞行器结构件中的重要材料。但由于其在服役过程中常常受到各种环境因素的影响，尤其是湿热环境的影响，使材料吸湿，内部产生应力，使其强度和使用寿命大大降低，造成很大损失。因此，研究复合材料在湿热环境中由吸湿所导致的湿热残余应力及其演化规律对提高材料性能和延长材料寿命有着重要意义。为了克服试验手段带来的不便，本文采用ABAQUS有限元分析软件对CFL／EP复合材料的吸湿过程进行模拟计算，该软件可模拟静力学、动力学、热传导、质量扩散等领域的各种问题。天津大学的孙丽等人应用ABAQUS软件，通过建立标准六边形纤维模型对CFL／EP复合材料进行了吸湿质量扩散模拟，在本文的计算中，将运用其质量扩散模块，并建立相对误差较小的纤维随机分布模型，对碳纤维增强环氧树脂基( CFL/EP)复合材料进行吸湿后水分浓度场的分析计算，并对二者进行比较，为后续的湿热应力分析打下基础。

       本文应用ABAQUS有限元分析软件的质量扩散模块，采用纤维随机分布模型对环境温度T=37℃，相对湿度为RH=100%的碳纤维增强环氧树脂基(CFL/EP)复合材料进行了吸湿后水分浓度场的分析计算，结果表明：有限元分析方法能够较好的模拟复合材料的吸湿行为；采用随机模型的有限元分析结果比标准六边模型更接近试验值，误差减小，从而为后续的湿热应力分析打下基础。

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