连续石墨纤维增强铝合金复合材料(CF/Al复合材料)充分发挥石墨纤维高强度、高模量和基体铝合金的高韧性,具有密度低、比强度高、比模量高和热膨胀系数低等优点。目前对CF/Al复合材料的研究主要集中在制备工艺、微观组织、界面形成机理与控制等方面,而关于其承载变形中组元材料与界面损伤演化和失效及其对宏观断裂力学行为影响的研究并不多。掌握CF/Al复合材料承载时的微观损伤演变规律与断裂失效机理,不但可为复合材料组元与界面设计以及制备工艺优化提供理论依据,也是该复合材料走向工程应用亟需解决的科学问题。本文针对真空压力浸渗制备的CF/Al复合材料,采用细观力学数值模拟和实验相结合的方法,研究了其在轴向和横向准静态压缩载荷下的损伤演化与断裂失效行为,分析了界面与纤维性能以及纤维体积分数对复合材料轴向和横向压缩力学性能的影响,以期为通过组分性能和细观结构设计实现CF/Al复合材料高性能制备提供理论依据。具体研究内容及结果如下:(1)采用真空压力浸渗法制备CF/Al复合材料,根据其微观组织与纤维分布特征,建立了三种纤维排布方式的代表体积单元(RVE)模型;在基体合金性能测试基础上,建立了其延性损伤演化与失效模型;根据复合材料纤维力学性能,建立了其横观各向同性的最大应力失效模型并开发了用户失效模型子程序;在此基础上建立了基于内聚力界面模型的CF/Al复合材料细观力学有限元模型,并根据复合材料压缩实验结果分析了不同纤维排布RVE模型的计算误差及可靠性。(2)通过CF/Al复合材料室温轴向和横向压缩变形试验,测试获得了其宏观压缩应力-应变实验曲线。基于对角正四边形纤维排布RVE的细观力学有限元模型,其对轴向和横向压缩应力-应变行为的计算结果与实验曲线吻合良好。轴向压缩弹性模量、极限强度和断裂应变的计算误差分别为-8.16%、1.73%和7.69%,横向压缩弹性模量、极限强度和断裂应变的计算误差分别为13.73%、4.36%和3.90%。1(3)根据轴向压缩变形细观力学数值模拟和力学实验结果,研究了CF/Al复合材料轴向压缩时的细观损伤演化与断裂力学行为,结果表明:压缩变形初期纤维与基体合金之间的界面首先发生损伤,随着压缩变形量增加,界面损伤程度逐渐增强并导致其附近的基体合金发生不同程度的局部损伤,压缩变形后期界面失效和基体损伤累积造成纤维断裂,最终导致复合材料发生轴向压缩破坏,轴向压缩试样出现轴向45°宏观断口并呈现参差不齐的纤维断裂形貌。(4)根据横向压缩变形细观力学数值模拟和力学实验结果,研究了CF/Al复合材料横向压缩时的细观损伤演化与断裂行为,结果表明:横向压缩变形初期,复合材料界面处开始出现损伤,随着变形量增大界面损伤程度逐渐增加并导致局部界面发生失效,压缩变形中期,界面失效引起基体合金出现损伤并逐渐累积,压缩变形后期的纤维断裂失效使得复合材料丧失横向承载能力。复合材料横向压缩断口呈现出界面脱粘破坏和局部纤维断裂共存的特征。(5)基于建立的细观力学有限元模型,分析了界面性能和纤维性能对CF/Al复合材料轴向和横向压缩性能的影响,结果表明:界面结合强度和刚度对复合材料轴向压缩力学行为影响较小,而纤维性能是决定复合材料轴向压缩力学性能的关键因素;复合材料横向压缩强度随界面强度增加而显著增大,纤维性能对复合材料横向压缩强度影响不大,而界面结合强度是决定横向压缩性能的主要因素。(6)基于建立的细观力学有限元模型,分析预测了纤维体积分数对CF/Al复合材料轴向和横向压缩力学性能的影响,结果表明:在相同的组分性能和界面结合性能条件下,增大纤维体积分数可提高复合材料轴向压缩弹性模量和极限强度,而其断裂应变无明显变化;提高纤维体积分数增加了界面数量和面积,复合材料横向压缩弹性模量和极限强度均随纤维体积分数增大而减小。