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碳纤维增强树脂基复合材料因其具有轻质、高强和可设计性强等优点而成为汽车轻量化的首选替代材料。片状模塑料(SMC)是利用添加各种助剂改性的树脂基体浸渍短切碳纤维得到制成成型复合材料前的中间材料。采用SMC制备的复合材料具有重复性好、表面光洁和成本低的优点,在汽车行业被广泛应用。双酚A型乙烯基酯树脂是一种由甲基丙烯酸与双酚A环氧树脂通过加成反应合成的高分子材料,由于其具有快速固化性能和低收缩性等优点,近年来被越来越多地应用在SMC的制备中。本研究采用SMC制备碳纤维增强乙烯基酯树脂复合材料(CF/VE),但CF/VE复合材料在固化成型的降温阶段会因为树脂与纤维的热性能不匹配产生残余热应力,将导致树脂基体压缩强度和疲劳强度降低、纤维屈曲、界面粘结强度变低和整体结构翘曲变形等不利结果。对CF/VE复合材料的变形进行分析,发现不同碳纤维体积分数的复合材料板在X方向和Y方向产生了0.1mm到0.7mm的翘曲变形。针对上述问题,本文采用有限元模拟法研究CF/VE复合材料残余热应力分布规律,用Raman光谱法研究纤维体积分数对残余热应力的影响规律,为CF/VE复合材料在汽车轻量化上的应用提供理论支持。利用Python语言对ABAQUS有限元软件进行二次开发,编写改进的RSA算法生成纤维互不穿透且只在长度方向和宽度方向取向的短切碳纤维随机分布三维胞元模型,通过网格划分和边界条件设置运用热-结构耦合分析对CF/VE复合材料成型残余热应力进行有限元分析计算。分析表明:纤维分布较为密集的区域相比纤维分布比较稀疏的区域,纤维上的残余热应力会变小,纤维之间树脂区域的残余热应力会变大。纤维上的残余热应力值(500MPa左右)远远大于树脂上的残余热应力值(0~100MPa),且纤维上的残余热应力在界面附近变化梯度大,树脂区域的残余热应力变化梯度小。基于Raman光谱对碳纤维结构变化的敏感性和碳纤维应变与Raman光谱特征峰频移呈线性关系的原理,得到碳纤维Raman光谱特征峰频移的应力敏感因子为-14.6。采用Raman光谱表征了CF/VE复合材料成型残余热应力的具体数值,研究纤维体积分数对CF/VE复合材料成型残余热应力的影响规律,体积分数从20%变化到40%时,纤维上的残余热应力从637.5MPa下降到415.5MPa,下降了34.82%,说明增加纤维的体积分数可有效降低复合材料上纤维的残余热应力。对于体积分数为20%的CF/VE复合材料,有限元模拟的残余热应力值(493MPa)比Raman实验测得的残余热应力值(637.5MPa)低,这是因为有限元模拟忽略了复合材料固化反应阶段树脂固化收缩而产生的收缩应力。