Cf/Al复合材料复合编织结构T型件弯曲性能

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27510

材料工程与机械制造

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C_f/Al复合材料复合编织结构T型件弯曲性能

李志文, 蔡长春, 余欢(), 徐志锋, 王振军, 李荣幸

南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室，南昌　330063

收稿日期:2022-05-24 修回日期:2022-06-22 接受日期:2022-07-21 出版日期:2023-05-25 发布日期:2022-07-25
通讯作者: 余欢 E-mail:yuhuan@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(52165018);航空科学基金(2019ZF056013);江西省自然科学基金(20202ACBL204010)

Bending properties of composite braided structure T⁃shaped parts of C_f/Al composite material

Zhiwen LI, Changchun CAI, Huan YU(), Zhifeng XU, Zhenjun WANG, Rongxing LI

National Defense Key Discipline Laboratory of Light Alloy Processing Science and Technology，Nanchang Hangkong University，Nanchang 　330063，China

Received:2022-05-24 Revised:2022-06-22 Accepted:2022-07-21 Online:2023-05-25 Published:2022-07-25
Contact: Huan YU E-mail:yuhuan@163.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52165018);Aeronautical Science Foundation of China(2019ZF056013);Jiangxi Provincial Natural Science Foundation(20202ACBL204010)

摘要/Abstract

摘要：

以航空发动机中典型结构T型件为研究对象，选用三维五向（立板）和叠层缝合（底板）两种结构复合编织了T型件预制体，采用真空压力浸渗法制备了C_f/Al复合材料复合编织结构T型件。分别进行了室温和350 ℃条件下的两点弯曲试验，探究了不同温度下复合材料T型件的弯曲性能，分析了T型件微观组织特征、弯曲载荷-位移曲线、破坏形貌及其失效机制。结果表明：C_f/Al复合材料三维复合编织结构T型件微观组织无明显缺陷，且两种编织结构缝合较完整。室温条件下，T型件平均弯曲强度为384.2 MPa；350 ℃条件下，平均弯曲强度为204.6 MPa。其室温和350 ℃弯曲载荷-位移曲线呈现非线性特征，且都存在线性弹性阶段、塑性变形阶段、失效卸载阶段。复合材料弯曲失效后，没有碎裂和断裂，仍保持结构的完整性。但由于根部是由两种不同编织结构缝合而成以及根部圆角的存在，容易使根部产生应力集中，以致失效部位集中在根部。

关键词: 三维编织, C_f/Al复合材料, T型件, 两点弯曲, 弯曲性能, 失效机制

Abstract:

Taking the typical structural T-shaped parts of aero-engine as the research object， the preform of T-shaped parts was braided with three-dimensional five-dimensional （vertical plate） and laminated stitched （bottom plate） composite structures， and the composite braided structure T-shaped parts of C_f/Al composite material were formed by vacuum pressure infiltration method. Two-point bending experiments at room temperature and 350 ℃ were carried out to explore the bending properties of composite T-shaped parts at different temperatures， and the microstructure characteristics， bending load-displacement curves， fracture morphology and failure mechanism of T-shaped parts were analyzed. The results show that there is no obvious defect in the microstructure of three-dimensional composite braided structure T-shaped parts of C_f/Al composite material， and the stitching of the two braided structures is complete. At room temperature， the average bending strength of T-shaped parts is 384.2 MPa and at 350 ℃， the average bending strength is 204.6 MPa. The bending load-displacement curves at room temperature and 350 ℃ show nonlinear characteristics， and there are linear elastic stage， plastic deformation stage and failure unloading stage. After the bending failure， there is no fragmentation and fracture， and the structural integrity is still maintained. However， the root is stitched by two different braided structures and the root fillet exists， it is easy to produce stress concentration in the root， so that the failure part is concentrated in the root.

Key words: 3D weaving, C_f/Al composites, T-shaped parts, two-point bending, bending properties, failure mechanism

中图分类号:

V232.4

李志文, 蔡长春, 余欢, 徐志锋, 王振军, 李荣幸. C_f/Al复合材料复合编织结构T型件弯曲性能[J]. 航空学报, 2023, 44(10): 427510-427510.

Zhiwen LI, Changchun CAI, Huan YU, Zhifeng XU, Zhenjun WANG, Rongxing LI. Bending properties of composite braided structure T⁃shaped parts of C_f/Al composite material[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(10): 427510-427510.

图/表 24

表 1

表2

图 1

图 2

图 3

表3

T型件预制体编织参数

工艺	三维织物参数
织物结构	主体：三维五向；底板：叠层缝合
预制体尺寸/mm	高110~113；上长80~83；下长40~43；上宽4.6~4.7；底长80~83；底宽33.5~36.5；底高5~8
纤维体积分数/%	50
纱线规格	三维五向：不动纱6K $×$ 2股；动纱6K $×$ 3股叠层缝合：经纱6K $×$ 2股；纬纱 6K $×$ 1股

表3

图 4

图 5

图 6

图 7

表 4

图 8

图 9

图 10

图 11

图12

图 13

图 14

图 15

图 16

图 17

图 18

图 19

图 20

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