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目前,陶瓷基复合材料(CMCs)已经在航空航天领域中获得了初步应用,并展现出光明的应用前景。工程应用中的CMCs通常具有复杂的预制体结构,在不同尺度下呈现出不同的损伤模式,其最终失效也是多尺度损伤演化的共同结果。本文据此背景,以针刺C/SiC陶瓷基复合材料为研究对象,对复杂预制体CMCs的疲劳失效机理和多尺度力学分析方法开展了深入研究。开展了C/SiC小复合材料、针刺单向C/Si C陶瓷基复合材料和针刺二维C/SiC陶瓷基复合材料三种CMCs(预制体由简单到复杂)的力学试验研究。获取了C/SiC小复合材料单调拉伸特性和拉伸加卸载特性、针刺单向C/SiC陶瓷基复合材料拉-拉疲劳特性以及针刺二维C/SiC陶瓷基复合材料的拉-拉疲劳特性;发现了针刺二维C/SiC陶瓷基复合材料的疲劳强化特性,并讨论了疲劳强化程度与应力水平和加载循环数之间的关系。采用光学显微镜和扫描电子显微镜对上述三种CMCs的失效断口进行了观察分析。参照单向纤维增强CMCs失效机制,对C/SiC小复合材料的失效过程进行了分析;通过对比失效断口形貌和细观损伤模式,对针刺单向C/SiC陶瓷基复合材料疲劳失效机制、针刺二维C/SiC陶瓷基复合材料疲劳失效机制和疲劳强化机制进行了讨论;在失效机理分析基础上,发展了一种基于wear-in和wear-out机制的剩余强度模型,揭示了针刺二维C/SiC陶瓷基复合材料疲劳剩余强度随加载循环数的变化规律。由于复杂预制体CMCs疲劳损伤演化的不均匀性,其内部小复合材料将经历复杂载荷历程。为了解决小复合材料复杂载荷历程应力-应变响应的模拟,进而实现复杂预制体CMCs疲劳失效分析,发展了一种基于界面滑动摩擦的细观力学模型。不同于传统的剪滞模型,它由纤维/基体界面的滑动摩擦定律出发,可以直接求解出界面滑移区的分布和演变。应用该模型分析了单向纤维增强CMCs的界面滑移规律,并进而实现了复杂载荷历程应力-应变响应的预测和疲劳性能的模拟。与单向纤维增强SiC/CAS复合材料和C/SiC小复合材料试验数据的对比表明,该模型可以很好预测单向纤维增强CMCs的应力-应变响应和疲劳寿命。针对具有复杂预制体的针刺C/Si C陶瓷基复合材料,提出了一种多尺度力学分析方法。采用XCT技术选取复合材料的代表体元,代表体元内的基本组元——小复合材料——的力学特性则采用本文提出的细观力学模型来描述,通过非线性有限元计算便可模拟复合材料应力-应变响应,在此基础上引入疲劳失效判据,最终实现了对复合材料疲劳寿命的预测。与试验数据的对比表明,该多尺度方法能较好地预测针刺C/SiC陶瓷基复合材料的应力-应变响应和疲劳寿命。