论文摘要：机织复合材料力学行为和失效机制的多尺度模拟研究

机织复合材料不仅具有传统层合复合材料的优异性能，而且还增强了材料的抗分层性能和可设计性，在航空、航天等领域得到了越来越广泛的应用。为了保证材料在工程应用中的使用安全，对其力学性能，尤其是强度性能和失效特性进行研究意义重大。而机织类复合材料内部结构具有明显的多尺度特征，因此，采用多尺度的研究方法对机织复合材料的力学行为进行研究是必然的选择。

本文主要基于多尺度模拟的研究思想，对不同尺度下机织复合材料的力学行为、损伤特性和失效机制进行系统研究。论文完成的工作可以按照树脂基复合材料和陶瓷基复合材料分为两个部分。各部分的具体研究内容如下：

(1) 将参数传递的多尺度模拟方法与渐进损伤模拟方法相结合，建立了一种预测机织复合材料细观损伤失效机制和宏观等效力学响应的双尺度预测模型。

(2) 利用该双尺度渐进损伤模拟模型，以树脂基二维平纹机织复合材料和2.5维（2.5D）机织复合材料为例，对材料在正轴载荷、偏轴载荷和双轴载荷等各类外载条件下的力学性能进行了有效预报，并广泛研究了其在各类外载条件下的宏观力学性能与细观失效机制之间的关系。还对2.5D机织复合材料的正轴拉、压力学性能进行了实验测试，同时结合文献中的实验结果，验证了该双尺度预测方法的有效性。

(3) 针对化学气相渗透（CVI）工艺制造的碳/碳（C/C）和碳/碳化硅（C/SiC）陶瓷基复合材料，基于分子动力学（MD）模拟方法，建立了能够较为真实地反映其中碳纤维/热解碳（Cf/PyC）界面和热解碳/碳化硅（PyC/SiC）界面微观形貌的MD模型，并对界面的法向拉伸力学性能和切向剪切力学性能进行了模拟。针对Cf/PyC界面，重点研究了碳纤维的表面石墨微晶结构对界面力学性能的影响；而针对PyC/SiC界面，着重研究了界面相区石墨晶体内存在的微裂纹的位置和长度对界面力学性能的影响。基于模拟结果，得到了两类界面力学性能随相关结构参数变化的经验公式。

(4) 利用MD模拟得到的界面和基体组分的力学性能，基于有限元方法对微米尺度下C/C和C/SiC陶瓷基复合材料中的纤维顶出实验过程进行了模拟研究。验证了MD模拟的有效性。同时，还探讨了界面的相对强弱对纤维顶出实验结果的影响。

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