針對(duì)多層界面相對(duì)陶瓷基復(fù)合材料（CMCs）橫向開裂行為的影響進(jìn)行了細(xì)觀有限元模擬。在代表體單元模型中,按照界面相各亞層的實(shí)際厚度建立多層界面相幾何模型,然后賦予各亞層對(duì)應(yīng)的組分材料參數(shù),建立細(xì)觀有限元模型。在此基礎(chǔ)上,分別采用擴(kuò)展有限單元法（XFEM）和內(nèi)聚力界面模型來模擬CMCs中的開裂裂紋和脫粘裂紋,實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料橫向開裂過程的模擬。對(duì)單層BN界面相和（BN/Si C/BN）、（BN/Si C/BN/Si C/BN）兩種多層界面相的模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比�？梢钥闯�,所研究的Si C/Si C復(fù)合材料在橫向載荷作用下,首先在纖維與界面相之間產(chǎn)生脫粘裂紋,脫粘裂紋擴(kuò)展后引起外側(cè)基體開裂,最終引起復(fù)合材料橫向失效;與單層界面相相比,多層界面相將引起不同形態(tài)的脫粘裂紋,其橫向開裂應(yīng)變高于單層界面相,開裂位置也存在顯著差異。 

【文章來源】：機(jī)械強(qiáng)度. 2020,42(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

多層界面CMCs的RVE模型

上述兩種裂紋具有不同的擴(kuò)展機(jī)制，這里采用兩種不同的方法進(jìn)行模擬。對(duì)于組分之間的界面脫粘裂紋，采用內(nèi)聚力界面模型進(jìn)行模擬，其損傷通過圖2所示的雙線性本構(gòu)模型(Bilinear traction-separation law)描述;對(duì)于組分內(nèi)部的開裂裂紋，其擴(kuò)展路徑不能預(yù)先給定，采用XFEM進(jìn)行模擬。裂紋模擬所需相關(guān)參數(shù)見表1。細(xì)觀有限元建模和分析的平臺(tái)為Abaqus。采用Python建立參數(shù)化的RVE模型并施加周期性邊界條件。圖3給出了一個(gè)包含三層界面相的復(fù)合材料RVE的細(xì)觀有限元模型。在界面相與基體、纖維之間，以及界面相三個(gè)亞層之間的界面處都定義了內(nèi)聚力接觸面;在各組分內(nèi)部均定義了XFEM裂紋萌生和擴(kuò)展區(qū)域。

由圖3中局部放大圖可以看出，為了更精確地分析界面相內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，多層界面區(qū)域進(jìn)行了網(wǎng)格加密。此外，根據(jù)XFEM的特點(diǎn)，在界面相和基體區(qū)域均采用規(guī)整的四邊形網(wǎng)格進(jìn)行離散化。2 結(jié)果與分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多層界面相陶瓷基復(fù)合材料裂紋偏轉(zhuǎn)機(jī)制模擬[J]. 方光武,高希光,宋迎東.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2019(08)
[2]SiC單纖維增強(qiáng)TC17復(fù)合材料橫向拉伸性能研究[J]. 劉佳琳,王玉敏,張國興,張旭,楊麗娜,楊青,楊銳.  金屬學(xué)報(bào). 2018(12)
[3]不規(guī)則孔隙對(duì)復(fù)合材料橫向拉伸力學(xué)性能的影響[J]. 李波,趙美英,萬小朋.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2019(02)
[4]陶瓷基復(fù)合材料多層界面相應(yīng)力傳遞的有限元模擬[J]. 方光武,高希光,宋迎東.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2018(12)
[5]二維編織SiC/SiC復(fù)合材料的剪切性能[J]. 李潘,王波,甄文強(qiáng),矯桂瓊.  機(jī)械強(qiáng)度. 2014(05)
[6]單向纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料界面滑移規(guī)律[J]. 方光武,高希光,宋迎東.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2013(04)
[7]平紋編織C/SiC復(fù)合材料層間斷裂行為試驗(yàn)研究[J]. 陳劉定,童小燕,程起有,姚磊江.  機(jī)械強(qiáng)度. 2012(01)
[8]連續(xù)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略探討[J]. 張立同,成來飛.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2007(02)
[9]SiC纖維增強(qiáng)復(fù)合材料基體裂紋偏移機(jī)理的有限元分析[J]. 劉鵬飛,王雙連,陶偉明,郭乙木.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2006(03)

博士論文
[1]多層界面制備、表征及其對(duì)SiCf/SiC復(fù)合材料性能的影響[D]. 于海蛟.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3376547