發(fā)布時間：2021-01-23 10:01

　　為了探究C/SiC陶瓷基復合材料的動態(tài)斷裂力學行為和破壞形態(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數(shù)的C/SiC陶瓷基復合材料進行了動態(tài)劈裂實驗,并利用掃描電子顯微鏡掃描了C/SiC復合材料試件的破壞界面,分析了C/SiC陶瓷基復合材料的失效特征和增韌機理。實驗結果表明:C/SiC復合材料在沖擊劈裂實驗過程中,同一短切碳纖維體積分數(shù)下試件的動態(tài)抗拉強度隨著沖擊氣壓的增大而增大;短切碳纖維體積分數(shù)為16.0%時,材料的抗拉強度最低;沖擊后,試件的整體破壞情況與沖擊氣壓、短切碳纖維體積分數(shù)有關。 

【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，短切碳纖維體積分數(shù)為２４．８％的Ｃ／ＳｉＣ復合材料斷口形貌Ｆｉｇ．１３ＦｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＣ／ＳｉＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｔｈｅｓｈｏｒｔｃｕｔｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｖｏｌｕｍｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆ２４．８％ａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｍｐａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｓ圖１４面積比與拉伸強度的關系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，纖維拔出與纖維斷裂的面積比β約為１／２，其動態(tài)拉伸強度約為２１．０ＭＰａ；沖擊氣壓為０．２５ＭＰａ時，纖維拔出與纖維斷裂的面積比約為２／３，其動態(tài)拉伸強度約為２４．０ＭＰａ；沖擊氣壓為０．４０ＭＰａ時，纖維拔出與纖維斷裂的面積比約為４／５，其動態(tài)拉伸強度約為２６．５ＭＰａ；纖維拔出與動態(tài)拉伸強度有明顯相關性，如圖１４所示。由此可以推斷，纖維拔出是短切碳纖維Ｃ／ＳｉＣ陶瓷基復合材料的主要吸能和增韌機制。３２０爆炸與沖擊第３７卷

１２］，如圖２所示。針對實驗加載過程中Ｃ／ＳｉＣ陶瓷基復合材料試件內部應力均勻性問題，在入射桿端貼一塊尺寸為?１０ｍｍ×１ｍｍ的紫銅片，采用波形整形技術對入射脈沖進行預處理，減小應力波的高頻振蕩，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為典型動態(tài)拉伸實驗試樣兩端動態(tài)強度與時間的關系圖，圖中顯示試樣一端的入射波和反射波的應力總與另一端的透射波應力相等，這說明試樣兩端的應力已達到平衡。所有實驗試樣都經證實達到動態(tài)應力平衡。圖３ＳＨＰＢ劈裂拉伸實驗應力波形Ｆｉｇ．３ＳｔｒｅｓｓｗａｖｅｓｉｎＳＨＰＢｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔ圖４試件的動態(tài)應力平衡檢驗Ｆｉｇ．４Ｄｙｎａｍｉｃｓｔｒｅｓｓｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｔｅｓｔｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎ１．３實驗結果及分析采用上述ＳＨＰＢ裝置，對不同短切碳纖維體積分數(shù)的Ｃ／ＳｉＣ復合材料試件，進行不同應變率下的動態(tài)劈裂實驗。短切碳纖維體積分數(shù)為２４．８％的Ｃ／ＳｉＣ陶瓷基復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)巴西圓盤實驗的有效性條件［１３］。當氣壓較低時，撞擊子彈的速率也較低，試件劈裂為較完整的兩部分或層裂為四部分的破壞形態(tài)。在同一短切碳纖維體積分數(shù)下，隨著沖擊氣壓的增大，短切碳纖維增強碳化硅陶瓷復合材料試件的破碎程度明顯提高，塊數(shù)增多。圖５短切碳纖維體積分數(shù)為２４．８％的Ｃ／ＳｉＣ復合材料試件動態(tài)劈裂破碎形態(tài)Ｆｉｇ．５ＤｙｎａｍｉｃＳｐｌｉｔｔｉｎｇｃｒｕｓｈｉｎｇｆ

【參考文獻】：
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本文編號：2995023