机械工程学报

作者：张家豪, 韩啸, 张宇翔, 马建立, 吴承伟, 郭杏林

单位：大连理工大学工程力学系 大连 116024

关键词：复合材料,湿热老化,纳米压痕,约化模量,多尺度建模；

基金：国家重点研发计划(2022YFB4003501)、国家自然科学基金(12172083, U1908233)、黑龙江省重点研发计划(2022ZX04A03)和航空科学基金(20220009063001)资助项目。

碳纤维增强复合材料(Carbon fibre reinforced polymer, CFRP)因其高比强度、高比模量、低热膨胀系数以及较好的结构稳定性，被广泛应用在航空航天、海洋工程、汽车工业等相关领域。但在CFRP结构的长期服役过程中，湿热环境会造成CFRP材料的老化，对结构耐久性和可靠性产生显著影响。提出一种基于纳米压痕试验的CFRP力学性能表征方法。通过对湿热老化后的CFRP试件截面开展纳米压痕测试，获得了细观尺度下CFRP基体在不同吸湿状态下的力学性能分布规律。发现局部吸湿浓度越高，模量和硬度越低。进一步，将代表性体积单胞(Representative volume element, RVE)模型仿真与纳米压痕试验获得的弹性模量进行对比，验证了该试验方法的有效性，为CFRP多尺度模型材料参数提供了细观尺度的有效表征方法。该方法还适用于其他类型复合材料的细观尺度表征。

来源：2025年第8期

《机械工程学报》期刊编辑部

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