二维平纹编织C/SiC材料在中温氧化环境下力学性能研究
发布时间：2021-06-26 05:49
本文以二维平纹编织C/SiC复合材料为例,在中温区间（400-900℃）纤维氧化动力学模型基础上,建立了能够预测无应力-氧化环境下材料剩余轴向刚度和剩余拉伸强度的双尺度模型。应用该模型模拟了二维平纹编织C/SiC复合材料在无应力-氧化环境下的剩余轴向刚度、剩余拉伸强度,并将模拟结果与文献中试验结果进行比较,结果表明预测值与试验值相吻合。此外,还分析了氧化时间、氧化温度以及其他参数对预测的剩余轴向刚度、拉伸强度的影响。在应力-氧化环境下单向陶瓷基复合材料力学性能分析的基础上,建立了能够预测二维平纹编织C/SiC复合材料在应力-氧化环境下剩余力学性能的双尺度模型。该模型考虑了材料微观尺度下的基体开裂以及氧化损伤,并首次将等比例折减方法应用于应力-氧化环境下材料剩余力学性能的计算。本论文将模拟得到的剩余刚度与剩余强度与试验数据进行对比,对比结果显示二者比较接近。此外,还分析了氧化时间、氧化温度、应力以及纤维体积含量对预测的剩余轴向刚度、拉伸强度的影响。在单向陶瓷基复合材料迟滞理论研究的基础上,建立了能够预测二维平纹编织C/SiC复合材料在拉-拉疲劳氧化环境下迟滞回线的双尺度分析模型。该模型首...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维界面氧化结构
图 2.10 C/SiC 微观复合材料的扫描电子显微照片[54]根据图 2.10 中 C/SiC 微观复合材料的结构特征，建立了能够精确反映其结构特点的微观模型，如图 2.11 所示。lchfdidmdclidfdmd图 2.11 C/SiC 复合材料微观尺度模型其中，l 表示微观模型的长度，fd表示纤维的直径，id表示界面相的厚度，md表示外围基体的厚度，ch表示基体裂纹的宽度
[37]对C/SiC复合材料在无应力-氧化环境下的氧化损伤形态进行了SEM观察，如图 2.12 所示。从图中可以看到，在基体裂纹贯穿到纤维处，纤维出现了局部区域变细现象。图 2.12 C/SiC 复合材料氧化损伤形态根据图 2.12 中 C/SiC 材料的氧化损伤形态以及纤维剩余半径的变化规律，采用 ANSYS 软件建立了 700℃无应力-氧化环境下 C/SiC 复合材料在不同氧化时间段的有限元模型，即纤维非均匀退化模型，如图 2.13 所示。从图中可以看出，随着氧化时间的缩短，界面的氧化长度越来越小，同时纤维的氧化损伤区域越来越小，形成的缺口处纤维越来越粗。(a)(b)(c)(d)图 2.13 纤维非均匀退化模型（a）2 小时（b）4 小时（c）6 小时（d）8 小时2.4 多尺度力学性能分析方法为了研究二维平纹编织 C/SiC 复合材料在无应力-氧化环境下的力学性能，采用多尺度力学
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限元法的平纹编织C/SiC复合材料等效导热系数预测方法[J]. 陆思达,高希光,宋迎东. 航空动力学报. 2014(07)
[2]新一代发动机高温材料—陶瓷基复合材料的制备、性能及应用[J]. 焦健,陈明伟. 航空制造技术. 2014(07)
[3]考虑基体开裂的陶瓷基复合材料应力-应变曲线模拟方法及验证[J]. 孙志刚,苗艳,宋迎东. 航空动力学报. 2012(09)
[4]无应力氧化下C/SiC复合材料弹性性能模拟及验证[J]. 孙志刚,王振剑,宋迎东. 复合材料学报. 2013(01)
[5]连续碳纤维增强陶瓷基复合材料的氧化行为和氧化防护研究[J]. 卢国锋,许艳. 材料导报. 2012(11)
[6]2.5维C/SiC复合材料单胞模型及刚度预测[J]. 孔春元,孙志刚,高希光,宋迎东. 航空动力学报. 2011(11)
[7]纤维束内部孔洞对2.5D-C/SiC复合材料弹性性能的影响研究[J]. 常岩军,张克实,矫桂琼,王波. 工程力学. 2011(03)
[8]C/SiC复合材料氧化残余强度计算模型[J]. 杨成鹏,矫桂琼,王波. 机械强度. 2011(01)
[9]应力氧化环境中3D Cf/SiC复合材料损伤演变[J]. 张钧,栾新刚,成来飞,张立同. 硅酸盐学报. 2010(05)
[10]二维编织C/SiC陶瓷基复合材料的热传导系数预测[J]. 聂荣华,矫桂琼,王波. 复合材料学报. 2009(03)
博士论文
[1]长纤维增强陶瓷基复合材料疲劳损伤模型与寿命预测[D]. 李龙彪.南京航空航天大学 2010
[2]编织复合材料结构与材料一体化优化设计[D]. 孙杰.南京航空航天大学 2010
[3]陶瓷基复合材料损伤耦合的宏细观统一本构模型研究[D]. 高希光.南京航空航天大学 2007
[4]3D C/SiC在复杂耦合环境中的损伤机理与寿命预测[D]. 栾新刚.西北工业大学 2007
[5]3D C/SiC复合材料的环境氧化行为[D]. 殷小玮.西北工业大学 2001
硕士论文
[1]含孔隙的陶瓷基复合材料力学性能和分散性研究[D]. 刘梦西.南京航空航天大学 2014
[2]氧化环境下陶瓷基复合材料力学性能研究[D]. 王振剑.南京航空航天大学 2010
[3]3D C/SiC复合材料氧化机理分析及氧化动力学模型[D]. 魏玺.西北工业大学 2004
[4]二维编织C/SiC复合材料的力学性能研究[D]. 郭辉.西北工业大学 2003
本文编号：3250755
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维界面氧化结构
图 2.10 C/SiC 微观复合材料的扫描电子显微照片[54]根据图 2.10 中 C/SiC 微观复合材料的结构特征，建立了能够精确反映其结构特点的微观模型，如图 2.11 所示。lchfdidmdclidfdmd图 2.11 C/SiC 复合材料微观尺度模型其中，l 表示微观模型的长度，fd表示纤维的直径，id表示界面相的厚度，md表示外围基体的厚度，ch表示基体裂纹的宽度
[37]对C/SiC复合材料在无应力-氧化环境下的氧化损伤形态进行了SEM观察，如图 2.12 所示。从图中可以看到，在基体裂纹贯穿到纤维处，纤维出现了局部区域变细现象。图 2.12 C/SiC 复合材料氧化损伤形态根据图 2.12 中 C/SiC 材料的氧化损伤形态以及纤维剩余半径的变化规律，采用 ANSYS 软件建立了 700℃无应力-氧化环境下 C/SiC 复合材料在不同氧化时间段的有限元模型，即纤维非均匀退化模型，如图 2.13 所示。从图中可以看出，随着氧化时间的缩短，界面的氧化长度越来越小，同时纤维的氧化损伤区域越来越小，形成的缺口处纤维越来越粗。(a)(b)(c)(d)图 2.13 纤维非均匀退化模型（a）2 小时（b）4 小时（c）6 小时（d）8 小时2.4 多尺度力学性能分析方法为了研究二维平纹编织 C/SiC 复合材料在无应力-氧化环境下的力学性能，采用多尺度力学
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限元法的平纹编织C/SiC复合材料等效导热系数预测方法[J]. 陆思达,高希光,宋迎东. 航空动力学报. 2014(07)
[2]新一代发动机高温材料—陶瓷基复合材料的制备、性能及应用[J]. 焦健,陈明伟. 航空制造技术. 2014(07)
[3]考虑基体开裂的陶瓷基复合材料应力-应变曲线模拟方法及验证[J]. 孙志刚,苗艳,宋迎东. 航空动力学报. 2012(09)
[4]无应力氧化下C/SiC复合材料弹性性能模拟及验证[J]. 孙志刚,王振剑,宋迎东. 复合材料学报. 2013(01)
[5]连续碳纤维增强陶瓷基复合材料的氧化行为和氧化防护研究[J]. 卢国锋,许艳. 材料导报. 2012(11)
[6]2.5维C/SiC复合材料单胞模型及刚度预测[J]. 孔春元,孙志刚,高希光,宋迎东. 航空动力学报. 2011(11)
[7]纤维束内部孔洞对2.5D-C/SiC复合材料弹性性能的影响研究[J]. 常岩军,张克实,矫桂琼,王波. 工程力学. 2011(03)
[8]C/SiC复合材料氧化残余强度计算模型[J]. 杨成鹏,矫桂琼,王波. 机械强度. 2011(01)
[9]应力氧化环境中3D Cf/SiC复合材料损伤演变[J]. 张钧,栾新刚,成来飞,张立同. 硅酸盐学报. 2010(05)
[10]二维编织C/SiC陶瓷基复合材料的热传导系数预测[J]. 聂荣华,矫桂琼,王波. 复合材料学报. 2009(03)
博士论文
[1]长纤维增强陶瓷基复合材料疲劳损伤模型与寿命预测[D]. 李龙彪.南京航空航天大学 2010
[2]编织复合材料结构与材料一体化优化设计[D]. 孙杰.南京航空航天大学 2010
[3]陶瓷基复合材料损伤耦合的宏细观统一本构模型研究[D]. 高希光.南京航空航天大学 2007
[4]3D C/SiC在复杂耦合环境中的损伤机理与寿命预测[D]. 栾新刚.西北工业大学 2007
[5]3D C/SiC复合材料的环境氧化行为[D]. 殷小玮.西北工业大学 2001
硕士论文
[1]含孔隙的陶瓷基复合材料力学性能和分散性研究[D]. 刘梦西.南京航空航天大学 2014
[2]氧化环境下陶瓷基复合材料力学性能研究[D]. 王振剑.南京航空航天大学 2010
[3]3D C/SiC复合材料氧化机理分析及氧化动力学模型[D]. 魏玺.西北工业大学 2004
[4]二维编织C/SiC复合材料的力学性能研究[D]. 郭辉.西北工业大学 2003
本文编号：3250755
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