本文選題：平紋編織復(fù)合材料 + 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)�。� 參考：《西北工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：平紋編織陶瓷基復(fù)合材料作為一種新型的耐高溫結(jié)構(gòu)材料,能夠很好地滿足航空航天器中熱端部件對于結(jié)構(gòu)減重和使用溫度等方面的要求。了解和掌握材料在不同應(yīng)力狀態(tài)下的損傷機(jī)理和力學(xué)行為是優(yōu)化材料制備工藝并促進(jìn)其工程實(shí)際應(yīng)用的重要理論基礎(chǔ)。服役過程中構(gòu)件復(fù)合材料通常處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下,目前對材料進(jìn)行單一軸向應(yīng)力狀態(tài)下的損傷力學(xué)行為研究已經(jīng)不能夠滿足工程設(shè)計需要。同時在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下,由不同應(yīng)力分量引起的材料損傷演化進(jìn)程間存在著顯著的耦合效應(yīng)。損傷耦合效應(yīng)的存在會顯著加速材料的損傷進(jìn)程、改變材料的失效模式并降低材料的力學(xué)性能,嚴(yán)重影響復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命,必須對其進(jìn)行具有針對性的研究。本文主要以化學(xué)氣相滲透法(CVI)制備的2D-C/SiC和2D-SiC/SiC復(fù)合材料為研究對象,系統(tǒng)研究了材料的常溫?fù)p傷力學(xué)行為。建立了材料的軸向拉伸遲滯模型并用于組分力學(xué)性能的計算分析;提出了纖維彎曲承載機(jī)制并建立了材料的面內(nèi)剪切細(xì)觀損傷機(jī)制和損傷演化模型;基于應(yīng)變差值表征并研究了材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的損傷耦合效應(yīng);最后通過交替加載試驗(yàn)對材料的損傷耦合效應(yīng)進(jìn)行了解耦分析。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)對比分析了2D-C/SiC和2D-SiC/SiC復(fù)合材料在不同加載歷史下的軸向拉壓損傷力學(xué)行為�；诩魷碚�,建立了材料的軸向拉伸遲滯模型,結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果計算得到了表征材料組分力學(xué)性能的四個名義參數(shù):基體開裂應(yīng)力、熱殘余應(yīng)力、界面脫粘能和界面滑移力。基于計算結(jié)果對比分析了纖維性能和界面層厚度對上述參數(shù)的影響。結(jié)果表明,2D-SiC/SiC復(fù)合材料對應(yīng)具有較高的基體開裂應(yīng)力,同時具有較小的熱殘余應(yīng)力、界面脫粘能和界面滑移力;具有較厚界面層的2D-C/SiC復(fù)合材料對應(yīng)著較小的熱殘余應(yīng)力、界面脫粘能和界面滑移力數(shù)值,但是基體開裂應(yīng)力不發(fā)生變化。(2)分析了2D-C/SiC和2D-SiC/SiC復(fù)合材料在不同加載歷史下的面內(nèi)剪切損傷演化進(jìn)程。基于應(yīng)力-應(yīng)變行為和斷口電鏡掃描結(jié)果提出了纖維彎曲承載機(jī)制,并結(jié)合裂紋閉合效應(yīng)很好地闡釋了材料的剪切遲滯行為。獲得了加載歷史對材料剪切細(xì)觀損傷特征、損傷演化進(jìn)程和剪切性能的影響。基于基體裂紋分布規(guī)律,提出兩個細(xì)觀損傷變量并建立了材料的剪切損傷演化方程。分析結(jié)果表明,熱殘余應(yīng)力水平的差異是造成兩組剪切性能和損傷力學(xué)行為差異的主要原因;剪切加載狀態(tài)下相鄰裂紋面間橋連纖維通過承受顯著的彎剪載荷進(jìn)行剪切載荷的傳遞;相比于剪切單調(diào)加載,復(fù)雜的加載歷史導(dǎo)致材料具有更快的損傷演化進(jìn)程和較低的剪切強(qiáng)度;剪切損傷過程中2D-SiC/SiC復(fù)合材料45°方向基體起裂應(yīng)力顯著大于2D-C/SiC復(fù)合材料,而兩者對應(yīng)的0°/90°方向基體裂紋起裂應(yīng)力相差不大。(3)通過偏軸拉壓試驗(yàn),對比分析了偏軸角度對2D-C/SiC復(fù)合材料應(yīng)力-應(yīng)變行為、損傷進(jìn)程、失效模式以及力學(xué)性能的影響。借助材料在偏軸加載和單一軸向加載狀態(tài)下的應(yīng)變差值,表征分析了材料纖維束方向上的拉剪和壓剪損傷耦合效應(yīng)。通過試件斷口電鏡觀察,建立了材料損傷耦合效應(yīng)的作用機(jī)制。研究結(jié)果表明,材料的拉伸損傷和剪切損傷間表現(xiàn)為相互促進(jìn)作用,剪切損傷對壓縮損傷表現(xiàn)為促進(jìn)作用,而壓縮應(yīng)力分量對剪切損傷表現(xiàn)為抑制作用,上述耦合效應(yīng)的強(qiáng)度隨應(yīng)力分量比值的變化而改變;隨著偏軸角度(0°~45°)的增大,損傷耦合效應(yīng)凸顯了材料加載方向上拉壓應(yīng)力-應(yīng)變行為的非線性并降低了拉壓強(qiáng)度,加速了材料的損傷演化進(jìn)程并使得材料的損傷破壞模式由軸向拉壓破壞逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟衅茐哪Ｊ?基于0°和45°偏軸拉伸應(yīng)力-應(yīng)變行為建立的材料偏軸拉伸應(yīng)力-應(yīng)變行為預(yù)測模型可以對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行很好地預(yù)測。(4)設(shè)計并完成了2D-C/SiC復(fù)合材料的軸向交替加載試驗(yàn)。通過拉剪和壓剪交替加載試驗(yàn),對材料的拉剪和壓剪損傷耦合效應(yīng)進(jìn)行了定量解耦分析,并獲得了初始拉伸和剪切損傷對材料后續(xù)剪切和拉伸損傷演化進(jìn)程的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,在試件發(fā)生破壞前,引入的拉伸損傷造成材料的剪切模量下降為原有的48%,引入的剪切損傷造成材料的拉伸模量下降為原有的68%,引入的剪切損傷造成材料的壓縮模量下降為原有的63%,而引入的壓縮損傷對材料的剪切模量幾乎沒有影響;引入的初始拉伸損傷對材料剪切損傷的影響存在于整個剪切損傷進(jìn)程中,并且不隨著剪切損傷的增加而變化;初始剪切損傷對材料拉伸損傷的影響只存在于裂紋飽和點(diǎn)之前,并且其造成的影響隨著拉伸損傷的增加逐漸被“掩蓋”并減弱。
[Abstract]:In this paper , the damage mechanism and the mechanical behavior of the materials in different stress states are studied . The results are as follows : ( 1 ) The mechanical behavior of the materials is studied . The results are as follows : ( 1 ) The results are as follows : ( 1 ) The results show that the 2D - C / SiC and 2D - SiC / SiC composites have different mechanical properties . The experimental results show that the tensile modulus of the material is reduced to about 68 % , and the tensile modulus of the material is reduced to about 68 % . The tensile modulus of the material decreases as the ratio of the stress component . The experimental results show that the tensile modulus of the material is reduced to the original 68 % . The effect of the induced shear damage on the shear damage of the material is not affected by the increase of the shear damage .

【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.758.2

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1 黃德中;;陶瓷基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀及在發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用展望[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報;2006年11期

2 劉t，

本文編號：1876299