為了探究C/SiC陶瓷基復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)斷裂力學(xué)行為和破壞形態(tài),利用分離式霍普金森壓桿（split Hopkinson pressure bar,SHPB）裝置對3種不同短切碳纖維體積分?jǐn)?shù)的C/SiC陶瓷基復(fù)合材料進(jìn)行了動(dòng)態(tài)劈裂實(shí)驗(yàn),并利用掃描電子顯微鏡掃描了C/SiC復(fù)合材料試件的破壞界面,分析了C/SiC陶瓷基復(fù)合材料的失效特征和增韌機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:C/SiC復(fù)合材料在沖擊劈裂實(shí)驗(yàn)過程中,同一短切碳纖維體積分?jǐn)?shù)下試件的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度隨著沖擊氣壓的增大而增大;短切碳纖維體積分?jǐn)?shù)為16.0%時(shí),材料的抗拉強(qiáng)度最低;沖擊后,試件的整體破壞情況與沖擊氣壓、短切碳纖維體積分?jǐn)?shù)有關(guān)。 

【文章來源】：爆炸與沖擊. 2017,37(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖１巴西圓盤對徑壓縮Ｆｉｇ．１ＤｉａｍｅｔｒｉｃａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅＢｒａｚｉｌｉａｎｄｉｓｃ載）為

Ｆｉｇ．１２ＦｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＣ／ＳｉＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｔｈｅｓｈｏｒｔｃｕｔｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｖｏｌｕｍｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆ２４．８％圖１３不同沖擊氣壓下，短切碳纖維體積分?jǐn)?shù)為２４．８％的Ｃ／ＳｉＣ復(fù)合材料斷口形貌Ｆｉｇ．１３ＦｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＣ／ＳｉＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｔｈｅｓｈｏｒｔｃｕｔｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｖｏｌｕｍｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆ２４．８％ａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｍｐａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｓ圖１４面積比與拉伸強(qiáng)度的關(guān)系Ｆｉｇ．１４Ａｒｅａｒａｔｉｏａｎｄｄｙｎａｍｉｃｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ由圖１３可看出，隨著沖擊氣壓的增大，纖維拔出量也增大：沖擊氣壓為０．１８ＭＰａ時(shí)，纖維拔出與纖維斷裂的面積比β約為１／２，其動(dòng)態(tài)拉伸強(qiáng)度約為２１．０ＭＰａ；沖擊氣壓為０．２５ＭＰａ時(shí)，纖維拔出與纖維斷裂的面積比約為２／３，其動(dòng)態(tài)拉伸強(qiáng)度約為２４．０ＭＰａ；沖擊氣壓為０．４０ＭＰａ時(shí)，纖維拔出與纖維斷裂的面積比約為４／５，其動(dòng)態(tài)拉伸強(qiáng)度約為２６．５ＭＰａ；纖維拔出與動(dòng)態(tài)拉伸強(qiáng)度有明顯相關(guān)性，如圖１４所示。由此可以推斷，纖維拔出是短切碳纖維Ｃ／ＳｉＣ陶瓷基復(fù)合材料的主要吸能和增韌機(jī)制。３２０爆炸與沖擊第３７卷

１２］，如圖２所示。針對實(shí)驗(yàn)加載過程中Ｃ／ＳｉＣ陶瓷基復(fù)合材料試件內(nèi)部應(yīng)力均勻性問題，在入射桿端貼一塊尺寸為?１０ｍｍ×１ｍｍ的紫銅片，采用波形整形技術(shù)對入射脈沖進(jìn)行預(yù)處理，減小應(yīng)力波的高頻振蕩，使其平緩上升，由矩形波變成平緩光滑的半正弦波，整形后的波形如圖３所示。圖４為典型動(dòng)態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)試樣兩端動(dòng)態(tài)強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系圖，圖中顯示試樣一端的入射波和反射波的應(yīng)力總與另一端的透射波應(yīng)力相等，這說明試樣兩端的應(yīng)力已達(dá)到平衡。所有實(shí)驗(yàn)試樣都經(jīng)證實(shí)達(dá)到動(dòng)態(tài)應(yīng)力平衡。圖３ＳＨＰＢ劈裂拉伸實(shí)驗(yàn)應(yīng)力波形Ｆｉｇ．３ＳｔｒｅｓｓｗａｖｅｓｉｎＳＨＰＢｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔ圖４試件的動(dòng)態(tài)應(yīng)力平衡檢驗(yàn)Ｆｉｇ．４Ｄｙｎａｍｉｃｓｔｒｅｓｓｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｔｅｓｔｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎ１．３實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析采用上述ＳＨＰＢ裝置，對不同短切碳纖維體積分?jǐn)?shù)的Ｃ／ＳｉＣ復(fù)合材料試件，進(jìn)行不同應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)劈裂實(shí)驗(yàn)。短切碳纖維體積分?jǐn)?shù)為２４．８％的Ｃ／ＳｉＣ陶瓷基復(fù)合材料的典型沖擊破壞形態(tài)如圖５所示。從圖５可以看出，Ｃ／ＳｉＣ復(fù)合材料試件破碎形態(tài)主要表現(xiàn)為劈裂后的層裂和沿徑向加載方向的劈裂，基本符合常規(guī)巴西圓盤實(shí)驗(yàn)的有效性條件［１３］。當(dāng)氣壓較低時(shí)，撞擊子彈的速率也較低，試件劈裂為較完整的兩部分或?qū)恿褳樗牟糠值钠茐男螒B(tài)。在同一短切碳纖維體積分?jǐn)?shù)下，隨著沖擊氣壓的增大，短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷復(fù)合材料試件的破碎程度明顯提高，塊數(shù)增多。圖５短切碳纖維體積分?jǐn)?shù)為２４．８％的Ｃ／ＳｉＣ復(fù)合材料試件動(dòng)態(tài)劈裂破碎形態(tài)Ｆｉｇ．５ＤｙｎａｍｉｃＳｐｌｉｔｔｉｎｇｃｒｕｓｈｉｎｇｆ

【參考文獻(xiàn)】：
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