王 德，张泰峰，高 茜，杨晓华

(1. 海军航空大学青岛校区，山东 青岛 266041；2. 青岛职业技术学院，山东 青岛 266555)

1 引言

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)依靠其优秀的力学特性、显著的减重效果以及良好的环境适应性已经在航空领域内得到广泛的应用，但随着使用时间的增长CFRP复合材料不可避免地也出现了不同程度的老化现象[1-3]。尤其是对于常年曝露在湿-热交替工作环境中的复合材料结构件，湿热环境引起的复合材料老化问题已经非常明显[4-7]。大量研究表明[8-10]，CFRP复合材料吸湿过程的主要机制是水分的扩散，吸湿过程主要受相对湿度和环境温度的影响，其中CFRP复合材料的平衡吸湿量与环境的相对湿度相关，而扩散系数的变化则主要依赖于环境的温度。

通过实验方法可以比较真实的模拟老化过程，但存在着吸湿周期长、效率低等弊端。国内外已有学者[11-13]使用Abaqus有限元软件对复合材料的吸湿行为进行了模拟，得到的结果与实验值吻合较好，时间相对较短而且精度较高，验证了Abaqus软件模拟复合材料吸湿行为的可行性。本文采用Abaqus有限元仿真的方法，建立不同纤维分布形式的细观模型来模拟水分在CFRP复合材料中的瞬态扩散过程，通过对CFRP复合材料的吸湿水分浓度场的有限元分析进而为后续的吸湿应力的计算奠定基础。

2 有限元模型的建立

2.1 材料属性参数

在Abaqus中，对CFRP复合材料吸收水分过程的模拟方法主要有两种：第一种是使用Abaqus提供的质量扩散模块(Mass Diffusion Module)来直接模拟水分的湿扩散；……