通過對2D-C/SiC復合材料試件進行不同偏軸角度的拉伸實驗,研究了偏軸角度對材料拉伸力學特性的影響。通過應變片分別測得了材料加載方向和纖維束方向上的應力-應變行為,對比分析了偏軸角度對上述應力-應變行為的影響;并結合試件斷口掃描電鏡照片,闡釋了纖維束方向上拉伸和剪切損傷間的相互耦合效應。實驗結果表明,材料的拉伸模量和強度隨偏軸角度的增大出現(xiàn)明顯下降;材料纖維束方向上的拉伸損傷和剪切損傷具有顯著的相互促進作用。最后,以材料0°拉伸和45°拉伸實驗數(shù)據(jù)為基礎,建立了材料的偏軸拉伸應力-應變行為預測模型,模型預測結果與實驗結果吻合較好。 

【文章來源】：材料工程. 2017年07期 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖２不同偏軸角度下材料ｘ－ｙ方向拉伸應力－應變曲線Ｆｉｇ．２Ｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｉｎｔｈｅｘ－ｙｄｉｒｅｃｔｉｏｎ

斷下降［１０］，進一步導致了碳纖維載荷承擔比例的下降，并最終促使ＳｉＣ基體的裂紋密度顯著增加［１３］。同等施加應力水平下，ＳｉＣ基體裂紋密度的增加會加速材料的損傷失效進程，使得材料的拉伸應力－應變行為具有更顯著的非線性特征，并最終導致材料拉伸強度的下降�；w裂紋密度的增加也會使材料ｘ－ｙ方向泊松比數(shù)值增大。此外，隨著偏軸角度的不斷增大，材料主方向上的拉剪損傷耦合效應也越發(fā)凸顯，同樣也會造成上述材料力學行為的變化。２．２Ｌ－Ｔ方向應力－應變行為如圖３所示，對２Ｄ－Ｃ／ＳｉＣ復合材料施加偏軸拉伸載荷，等效于在材料Ｌ－Ｔ主方向上同時施加等比例變化的雙軸拉伸載荷和剪切載荷。依據(jù)應力轉軸公式，材料Ｌ－Ｔ主方向上應力分量與偏軸角度θ和施加應力σｘ之間具有如下關系：σＬ＝ｃｏｓ２θ·σｘσＴ＝ｓｉｎ２θ·σｘτＬＴ＝－ｃｏｓθ·ｓｉｎθ·σｘ（１）由式（１）可知，整個加載過程中σＬ，σＴ和τＬＴ的數(shù)值大小均隨σｘ等比例變化。圖３偏軸拉伸狀態(tài)下材料Ｌ－Ｔ主方向上的應力狀態(tài)Ｆｉｇ．３ＳｔｒｅｓｓｓｔａｔｅｉｎｔｈｅＬ－Ｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｕｎｄｅｒｏｆｆ－ａｘｉｓｔｅｎｓｉｌｅｌｏａｄｉｎｇ依據(jù)應變轉軸公式，可以得到材料ｘ－ｙ方向和Ｌ－Ｔ方向上應變分量具有如下關系：γＬＴ＝－２ｃｏｓθ·ｓｉｎθ·εｘ＋２ｃｏｓθ·ｓｉｎθ·εｙ＋（ｃｏｓ２θ－ｓｉｎ２θ）·γｘｙγｘｙ＝２ｃｏｓθ·ｓｉｎθ·εＬ－２ｃｏｓθ

材料工程２０１７年７月圖４偏軸拉伸狀態(tài)下材料Ｌ－Ｔ主方向上的應力－應變曲線（ａ）θ＝１５°；（ｂ）θ＝３０°；（ｃ）θ＝４５°Ｆｉｇ．４Ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｉｎｔｈｅＬ－Ｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｕｎｄｅｒｏｆｆ－ａｘｉｓｔｅｎｓｉｌｅｌｏａｄｉｎｇ（ａ）θ＝１５°；（ｂ）θ＝３０°；（ｃ）θ＝４５°圖５不同偏軸角度下偏軸拉伸試件斷口電鏡掃描照片（ａ）θ＝０°；（ｂ）θ＝１５°；（ｃ）θ＝３０°；（ｄ）θ＝４５°Ｆｉｇ．５ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｄｓｕｒｆａｃｅｓｏｎｏｆｆ－ａｘｉｓｔｅｎｓｉｌｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｆｆ－ａｘｉａｌａｎｇｌｅｓ（ａ）θ＝０°；（ｂ）θ＝１５°；（ｃ）θ＝３０°；（ｄ）θ＝４５°載方向上的纖維束發(fā)生沿軸向劈裂，束內(nèi)大部分纖維保持完好；材料內(nèi)部的基體裂紋取向均與纖維束軸向呈０°或９０°。圖５（ｂ）中標出的區(qū)域為基體裂紋的多發(fā)區(qū)域，圖５（ｃ）和（ｄ）中箭頭的方向為基體裂紋方向。由圖５（ｂ）～（ｄ）可見，隨著偏軸角度的增加，材料內(nèi)部出現(xiàn)了大量新型基體裂紋，新增裂紋的取向與纖維束軸向大致呈４５°夾角，上述基體裂紋主要是由剪切應力分量τＬＴ造成的。此外纖維束斷面上的纖維拔出長度也有所增加，說明剪切應力分量也在纖維束內(nèi)部造成了界面脫粘和滑移等損傷模式。所以在偏軸拉伸加載狀態(tài)下，由于剪切應力分量τＬＴ的出現(xiàn)，其造成的剪切損傷會加速材料纖維束軸向上的拉伸損傷，反過來拉伸

【參考文獻】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：2952190