本文關(guān)鍵詞：單向陶瓷基復(fù)合材料在應(yīng)力—氧化環(huán)境下的力學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 單向C/SiC復(fù)合材料 失效過程 應(yīng)力-氧化環(huán)境 理論建模 有限元分析 力學(xué)性能

【摘要】：本文以單向C/SiC復(fù)合材料為例,在單向陶瓷基復(fù)合材料(UD-CMC)拉伸失效研究的基礎(chǔ)上,建立了UD-CMC細(xì)觀有限元模型,并首次將漸進(jìn)適應(yīng)界面層應(yīng)用到陶瓷基復(fù)合材料拉伸失效的模擬當(dāng)中。應(yīng)用該模型模擬了單向C/SiC復(fù)合材料在軸向拉伸應(yīng)力作用下的失效過程,并分析了不同纖維體積含量、不同模量對(duì)預(yù)測(cè)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響。將模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)值法得到的結(jié)果進(jìn)行比較,表明采用漸進(jìn)適應(yīng)界面模型對(duì)UD-CMC應(yīng)力作用下的失效與實(shí)驗(yàn)更吻合。在無應(yīng)力氧化環(huán)境下UD-CMC力學(xué)性能分析的基礎(chǔ)上,發(fā)展了弱界面粘結(jié)的UD-CMC在應(yīng)力氧化環(huán)境下剩余力學(xué)性能分析模型,氧化溫度為400-900℃。對(duì)相關(guān)公式進(jìn)行了推導(dǎo),并以單向C/SiC復(fù)合材料為例進(jìn)行分析和討論。由于基體具有脆性,當(dāng)應(yīng)力高于基體初始開裂應(yīng)力時(shí),基體裂紋對(duì)陶瓷基復(fù)合材料在氧化環(huán)境下的力學(xué)性能的影響十分重要,如果不考慮應(yīng)力對(duì)材料在氧化環(huán)境下力學(xué)性能的影響,預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值之間的誤差隨應(yīng)力的增大將逐漸增大。本論文將不考慮基體開裂和考慮基體開裂的氧化模型得到的剩余強(qiáng)度和剩余剛度與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加吻合。根據(jù)文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)電鏡掃描結(jié)果,提出了用于分析強(qiáng)界面粘結(jié)UD-CMC在氧化環(huán)境下力學(xué)性能變化的模型�？紤]纖維在裂紋附近氧化后產(chǎn)生的“缺口”建立模型,推導(dǎo)了纖維氧化缺口深度的理論公式,并利用該公式,在考慮纖維氧化產(chǎn)生的缺口的情況下,對(duì)UD-CMC剩余強(qiáng)度和剩余剛度進(jìn)行公式推導(dǎo),以單向C/SiC為例進(jìn)行分析和討論,并將理論預(yù)測(cè)結(jié)果同相關(guān)實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較,比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)考慮纖維氧化缺口模型具有更高的精度。并采用有限元法對(duì)單向C/SiC復(fù)合材料在高溫環(huán)境下的力學(xué)性能進(jìn)行模擬,分析了不同氧化時(shí)間和氧化溫度對(duì)材料性能的影響,并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較。
【關(guān)鍵詞】：單向C/SiC復(fù)合材料 失效過程 應(yīng)力-氧化環(huán)境 理論建模 有限元分析 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB332
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 注釋表10-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 選題背景13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 陶瓷基復(fù)合材料拉伸失效研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 氧化環(huán)境下陶瓷基復(fù)合材料性能研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 界面相對(duì)陶瓷基復(fù)合材料性能影響的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 本文主要研究工作18-20
• 第二章 弱界面粘結(jié)的單向C/SiC復(fù)合材料失效模擬20-37
• 2.1 引言20-21
• 2.2 單向C/SiC復(fù)合材料組分性能分散性21-22
• 2.2.1 基體強(qiáng)度分布21
• 2.2.2 纖維強(qiáng)度分布21-22
• 2.3 界面模型22-23
• 2.4 單向C/SiC復(fù)合材料基體隨機(jī)開裂模擬23-32
• 2.4.1 最大應(yīng)力失效準(zhǔn)則23
• 2.4.2 單向C/SiC復(fù)合材料拉伸失效模擬23-30
• 2.4.3 模擬結(jié)果評(píng)估30-32
• 2.5 單向C/SiC復(fù)合材料裂紋在基體中的擴(kuò)展模擬32-35
• 2.5.1 臨界應(yīng)變能準(zhǔn)則32-33
• 2.5.2 裂紋穩(wěn)態(tài)發(fā)展的有限元模擬33-35
• 2.6 本章小結(jié)35-37
• 第三章 應(yīng)力氧化環(huán)境下弱界面粘結(jié)的UD-CMC力學(xué)性能分析37-54
• 3.1 引言37
• 3.2 UD-CMC基體開裂及裂紋寬度分析37-40
• 3.2.1 UD-CMC應(yīng)力作用下基體開裂37-38
• 3.2.2 裂紋寬度分析38-40
• 3.3 單向C/SiC復(fù)合材料氧化機(jī)理分析40-43
• 3.3.1 氧化反應(yīng)控制階段40
• 3.3.2 氧氣擴(kuò)散控制階段40-41
• 3.3.3 單向C/SiC復(fù)合材料質(zhì)量失重率分析41-43
• 3.4 應(yīng)力氧化環(huán)境下單向C/SiC復(fù)合材料力學(xué)性能的變化43-49
• 3.4.1 單向C/SiC復(fù)合材料剩余剛度的變化43-46
• 3.4.2 單向C/SiC復(fù)合材料剩余強(qiáng)度的變化46-48
• 3.4.3 結(jié)果驗(yàn)證48-49
• 3.5 壓力影響分析49-52
• 3.5.1 質(zhì)量失重率的變化50-51
• 3.5.2 剩余剛度的變化51-52
• 3.5.3 剩余強(qiáng)度的變化52
• 3.6 本章小結(jié)52-54
• 第四章 應(yīng)力氧化環(huán)境下強(qiáng)界面粘結(jié)的UD-CMC力學(xué)性能分析54-74
• 4.1 引言54-55
• 4.2 纖維氧化后半徑的退化規(guī)律55-58
• 4.3 考慮缺口模型UD-CMC氧化后剩余強(qiáng)度分析58-64
• 4.3.1 長裂紋間距考慮纖維氧化缺口剩余強(qiáng)度分析60-62
• 4.3.2 短裂紋間距考慮纖維氧化缺口剩余強(qiáng)度分析62-63
• 4.3.3 剩余強(qiáng)度預(yù)測(cè)及結(jié)果對(duì)比63-64
• 4.4 考慮缺口模型UD-CMC氧化后剩余剛度分析64-66
• 4.5 有限元模擬氧化環(huán)境下單向C/SiC復(fù)合材料的力學(xué)性能66-72
• 4.5.1 有限元建模及模擬實(shí)例66-70
• 4.5.2 不同氧化條件下單向C/SiC復(fù)合材料的性能模擬70-71
• 4.5.3 結(jié)果對(duì)比及模型評(píng)估71-72
• 4.6 本章小結(jié)72-74
• 第五章 全文總結(jié)74-77
• 5.1 本文主要工作及結(jié)論74-75
• 5.2 研究展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-81
• 致謝81-82
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：654873