机械互锁碳纤维复合材料增强金属的热膨胀系数调控

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本研究通过合理设计单向碳纤维增强复合材料（CFRP）的掺入方式，实现了对轻质金属热膨胀性能的精准控制。通过调节CFRP体积分数和铺层方向，可以有效控制碳纤维复合材料增强铝合金（CFRP/Al）试样的局部和方向线性热膨胀系数（CLTE）。当CFRP体积分数为0.26时，相比基体7075铝合金，CLTE降低36%。对于单向CFRP增强结构，模量修正混合律预测值与体积分数为0.10、0.16和0.26时的实验值偏差在1.3%以内。采用热数字图像相关技术（T-DIC）获得了各向异性CFRP/Al试样的局部和方向CLTE值，结果表明CLTE在试样长度和宽度方向上呈非均匀分布，这种非均匀性用传统石英棒膨胀计测量宏观样品时无法检测。基于T-DIC采集的局部热应变数据，还验证了CFRP增强层存在最小临界长度。该混合材料设计方法可有效消除或最小化混合材料结构（如汽车车身结构）中的热膨胀失配效应。

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