浮力材料技术是推动海洋工程发展的关键支撑。本研究利用轻质、高强度的复合材料圆管,设计并制备了新型碳纤维浮力材料(CFBM)。为揭示其在静水压力下的破坏机理,建立了基于三维 Hashin 与 Yeh 失效准则的有限元模型(FEM),并通过实验进行验证。模拟与试验结果表明,CFBM 的静水强度主要受制于复合材料边缘处碳纤维管的屈曲失效。进一步的参数研究分析了碳纤维管晶胞数量、长度及壁厚对复合材料力学性能的影响。与此同时,在 12.5 MPa 条件下进行了为期 60 天的吸水试验,以评估其耐久性。实验结果显示,CFBM 的最大吸水率为 0.59%,静水压强度下降幅度仅为 7.97%。性能评估表明,所设计的 CFBM 在 1000 米水深作为浮力材料使用时,较传统材料在静水强度和密度方面均有显著优势。本研究成果具有广泛的工程应用潜力,并为碳纤维复合材料在海洋工程领域的推广与应用提供了重要参考。
Cong et al. (Sun,) studied this question.