高温环境下碳纤维强度与刚度变化趋势预测方法技术

本发明专利技术公开了一种高温环境下碳纤维强度与刚度变化趋势预测方法，包括以下步骤，(1)在分子动力学模拟软件中建立基于微观真实结构的聚丙烯腈基(PAN)碳纤维的趋真化模型；(2)选用合适的分子动力学模拟中的力场函数；(3)借助开源分子动力学模拟软件LAMMPS完成退火模拟过程和高温环境下的拉伸模拟过程；(4)统计高温热处理(退火)后碳纤维主要微观结构变化程度；(5)根据高温拉伸模拟结果绘制不同高温环境下碳纤维的轴向拉伸应力应变曲线，并获取碳纤维轴向强度与刚度变化趋势；(6)根据皮尔逊积矩相关性理论，确定高温环境下碳纤维微观结构变化与其力学性能变化之前的关系。本发明专利技术可以对聚丙烯腈基碳纤维在真空且超高温环境下的强度与刚度变化趋势进行有效预测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合材料力学性能预测，特别涉及一种高温环境下碳纤维强度与刚度变化趋势预测方法。

技术介绍

1、为了提升航空航天飞行器热防护结构件在极端高温环境下的承载稳定性，碳纤维复合材料被选用作为其基础材料。碳纤维作为复合材料主要的力学承载组分，其在高温环境下的力学性能变化一直以来都是研究热点。

2、目前对于pan基碳纤维在高温环境下的力学性能的研究主要是通过实验开展，然而碳纤维单丝由于其直径小通常为微米量级，实际试验过程中很难在这种尺度实时监测损伤的发展，这给其力学性能的预测以及破坏机理的研究带来了困难。除此之外，超高温环境下的力学性能试验能够实现的温度通常不能达到实际应用环境温度，对超高温环境材料的承载能力较难预测。

技术实现思路

1、本专利技术提供一种高温环境下碳纤维强度与刚度变化趋势预测方法，从微观尺度分析了超高温环境下碳纤维微观结构变化和力学性能变化之间的关系，预测碳纤维在不同温度下强度和刚度的变化趋势。

2、本专利技术实施例提供一种高温环境下碳纤维强度与刚度变化趋势预测方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种高温环境下碳纤维强度与刚度变化趋势预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，微观真实结构的聚丙烯腈基碳纤维的趋真化模型包括石墨微晶、无定形碳、孔洞缺陷和一定量的非碳元素，对石墨微晶的建模由六边形碳环组成梯形结构构成主体，其边缘被氢和氮元素饱和排布。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，选择分子动力学模拟中的力场函数，并确定模拟系数，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，对聚丙烯腈基碳纤维的趋真化模拟退火过程以及相应高温环境下的拉伸模拟过程，包括：

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【技术特征摘要】

1.一种高温环境下碳纤维强度与刚度变化趋势预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，微观真实结构的聚丙烯腈基碳纤维的趋真化模型包括石墨微晶、无定形碳、孔洞缺陷和一定量的非碳元素，对石墨微晶的建模由六边形碳环组成梯形结构构成主体，其边缘被氢和氮元素饱和排布。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，选择分子动力学模拟中的力场函数，并确定模拟系数，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，对聚丙烯腈基碳纤维的趋真化模...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，张宏建，崔海涛，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：

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