缠绕碳纤维增强环氧复合材料储氢罐在高应变速率下的多尺度损伤分析

摘要整理

本研究针对缠绕工艺制造的轻质储氢压力容器用碳纤维增强环氧复合材料，系统研究了微观结构与力学性能的关系。缠绕工艺常引入纤维取向和孔隙率的变异性，导致力学性能不一致。通过研究准静态至100 s⁻¹应变速率范围内的动态加载影响，重点考察不同纤维取向(±15°和±30°)及多层结构对复合材料性能的影响。采用自主设计的间断式动态拉伸试验(IDTT)装置，研究了快速拉伸变形过程中的损伤机制演化规律。结果表明：孔隙率对力学性能有显著影响，特别是在高应变速率下，裂纹在孔隙处萌生，并通过纤维/基体界面脱粘和纤维断裂而扩展。这些微观结构缺陷导致横向开裂和复合材料层间微脱层等介观失效机制。力学性能呈现应变速率敏感性，粘弹性损伤现象在动态加载下的损伤演化中起关键作用。研究成果为储氢容器的设计优化提供了重要指导，强调了孔隙率控制和复合材料应变速率响应理解对提高耐久性和性能的重要性。

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