為提升結(jié)構(gòu)效率并保證承載性能,高速飛行器熱防護(hù)結(jié)構(gòu)中大量運(yùn)用陶瓷基復(fù)合材料(Ceramic Matrix Composites,CMC)。但這類材料的工藝過(guò)程導(dǎo)致其內(nèi)部存在大量缺陷,材料微細(xì)觀幾何特征復(fù)雜。材料受載時(shí)表現(xiàn)出明顯的損傷退化特性,且損傷過(guò)程表現(xiàn)出顯著的隨機(jī)性。對(duì)上述特征表征的不足影響著CMC結(jié)構(gòu)力學(xué)分析結(jié)果的有效性。為滿足未來(lái)飛行器設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)重量與可靠性的苛刻要求,迫切地需要發(fā)展更為準(zhǔn)確的陶瓷基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析方法,以及分析結(jié)果不確定性的量化方法。本文以一種典型的陶瓷基復(fù)合材料C/SiC材料及結(jié)構(gòu)(3k T300平紋編織、PIP工藝)為研究對(duì)象,主要開(kāi)展材料損傷本構(gòu)建模、材料非線性行為不確定性的表征、結(jié)構(gòu)響應(yīng)不確定性量化方法及試驗(yàn)驗(yàn)證工作,以期提升陶瓷基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析方法的有效性。針對(duì)C/SiC材料損傷引起的力學(xué)行為非線性問(wèn)題,利用正軸與偏軸拉伸/壓縮力學(xué)性能試驗(yàn)、及面內(nèi)剪切力學(xué)性能試驗(yàn),獲取C/SiC材料在簡(jiǎn)單與復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的損傷退化與殘余應(yīng)變演化特征。基于熱力學(xué)定律與連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)理論建立該材料的宏觀非線性本構(gòu)模型,引入依賴于應(yīng)力狀態(tài)的損傷耦合系數(shù)及屈服面對(duì)模...

【文章頁(yè)數(shù)】：144 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 典型陶瓷基復(fù)合材料及應(yīng)用
    1.3 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷失效分析方法
        1.3.1 微細(xì)觀漸進(jìn)損傷分析
        1.3.2 宏觀非線性本構(gòu)建模
        1.3.3 微細(xì)觀-宏觀的跨尺度方法
    1.4 不確定性量化方法
        1.4.1 理論與方法研究進(jìn)展
        1.4.2 在復(fù)合材料中的應(yīng)用
    1.5 模型驗(yàn)證與確認(rèn)
    1.6 當(dāng)前研究的不足與本文主要內(nèi)容
第2章 C/SIC復(fù)合材料損傷與非線性本構(gòu)模型
    2.1 引言
    2.2 C/SIC材料損傷與非線性力學(xué)行為分析
        2.2.1 力學(xué)性能試驗(yàn)方法
        2.2.2 簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下力學(xué)行為
        2.2.3 組合應(yīng)力狀態(tài)下力學(xué)行為
    2.3 基于熱力學(xué)勢(shì)的宏觀非線性本構(gòu)模型
        2.3.1 損傷與殘余應(yīng)變演化建模
        2.3.2 本構(gòu)模型的參數(shù)辨識(shí)
        2.3.3 數(shù)值計(jì)算方法
    2.4 本構(gòu)模型的試驗(yàn)驗(yàn)證
        2.4.1 平面應(yīng)力狀態(tài)下的驗(yàn)證
        2.4.2 四點(diǎn)彎曲狀態(tài)下的驗(yàn)證
    2.5 本章小結(jié)
第3章 材料非線性行為不確定性的表征
    3.1 引言
    3.2 小樣本下的參數(shù)不確定性表征方法
        3.2.1 表征方法概述
        3.2.2 人工解驗(yàn)證方法
        3.2.3 方法的對(duì)比分析
    3.3 材料非線性行為不確定性的模擬
        3.3.1 材料行為不確定性模擬方法
        3.3.2 小樣本下本構(gòu)模型參數(shù)表征
        3.3.3 方法的驗(yàn)證與確認(rèn)
    3.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的本構(gòu)模型改進(jìn)
        3.4.1 本構(gòu)模型參數(shù)敏感性分析
        3.4.2 本構(gòu)模型的不確定性參數(shù)修正
        3.4.3 本構(gòu)模型形式誤差表征與修正
    3.5 本章小結(jié)
第4章 結(jié)構(gòu)響應(yīng)不確定性量化的多置信度方法
    4.1 引言
    4.2 結(jié)構(gòu)非線性響應(yīng)的快速求解方法
        4.2.1 線彈性全局模型的降階求解
        4.2.2 非線性響應(yīng)求解的子模型方法
        4.2.3 開(kāi)孔板算例分析
    4.3 基于稀疏多項(xiàng)式混沌展開(kāi)的響應(yīng)逼近
        4.3.1 多項(xiàng)式混沌展開(kāi)方法
        4.3.2 展開(kāi)系數(shù)的隨機(jī)配置求解
        4.3.3 開(kāi)孔板算例分析
    4.4 不確定性傳播方法及評(píng)價(jià)
        4.4.1 QuasiMonte-Carlo模擬
        4.4.2 基于PCE的不確定性傳播方法
        4.4.3 方法性能評(píng)價(jià)及對(duì)比
    4.5 本章小結(jié)
第5章 典型結(jié)構(gòu)響應(yīng)不確定性量化及試驗(yàn)驗(yàn)證
    5.1 引言
    5.2 典型結(jié)構(gòu)及其力學(xué)試驗(yàn)方法
        5.2.1 典型結(jié)構(gòu)及其受載特征
        5.2.2 驗(yàn)證試驗(yàn)實(shí)施方案
        5.2.3 典型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果分析
    5.3 典型結(jié)構(gòu)的非線性響應(yīng)數(shù)值分析
        5.3.1 典型結(jié)構(gòu)的有限元分析模型
        5.3.2 非線性響應(yīng)分析結(jié)果
    5.4 典型結(jié)構(gòu)響應(yīng)的不確定性量化
        5.4.1 不確定性來(lái)源分析
        5.4.2 結(jié)構(gòu)響應(yīng)不確定性量化方法
    5.5 模型與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比及驗(yàn)證
        5.5.1 單點(diǎn)應(yīng)變模擬與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
        5.5.2 應(yīng)變場(chǎng)模擬與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷



本文編號(hào)：3881231