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碳/碳（C/C）复合材料具有密度小、强度高、耐摩擦、抗烧蚀、高温性能良好等优点,广泛应用于航天航空等高科技领域。作为理想的高温结构材料,C/C复合材料在使用过程中不可避免地涉及疲劳加载的情况,疲劳损伤累积到一定程度,材料会发生突然的疲劳失效现象,危害性极大。目前对C/C复合材料疲劳性能的研究还处于初级阶段,深入、全面地研究其疲劳性能具有重要意义。 本文首先对纤维网胎叠层纵向针刺、一层无纬碳布与一层超薄型网状织物相间隔叠层、碳布叠层纵向穿刺三种C/C复合材料进行了三点弯曲试验,研究了其弯曲力学性能及其弯曲断裂机理。对对称正交铺层C/C复合材料和一层无纬碳布与一层超薄型网状织物相间隔叠层C/C复合材料进行了拉伸试验,研究了两种材料的拉伸力学性能及其拉伸断裂机理。 对对称正交铺层C/C复合材料进行了应力控制的拉伸疲劳试验,应力比为0.1,频率10赫兹,试验温度为室温。试验中发现:对称正交铺层C/C复合材料的疲劳寿命分散性很大;材料的S-N曲线呈明显的三段式,对应的应力控制区为静强度区、退化区和安全区;材料具有“疲劳强化”现象,疲劳剩余强度提高的最大值为15.7%:在疲劳载荷作用下,材料的刚度几乎不降低;材料的疲劳极限为160MPa,约为静拉伸强度值的91.7%,在疲劳周次超过104以后试样几乎不再破坏,材料具有很好的抗拉疲劳性能。通过对材料的显微分析发现:在相对较小的疲劳载荷作用下,材料内部的纤维几乎没有受到损伤;在材料的拉伸疲劳过程中,“界面控制”起主要作用。根据试验数据,用非线性最小二乘法拟合的材料的S-N曲线方程为: S=1+0.0791×[exp[-[1g（N+1）/2.8186]2.4307]-1]该方程能够很好地预测材料的疲劳极限。 利用Nastran软件对对称正交C/C复合材料铺层结构的拉伸力学性能进行了有限元分析,并根据有限元分析结果,利用MSC.Fatigue软件对材料的拉伸疲劳性能进行了模拟,生成了材料在170MPa下三角波载荷作用下的疲劳寿命云图。