高应变率下ZrB 2 -SiC陶瓷复合材料压缩力学性能实验研究

发布时间：2021-11-05 19:17

　　采用分离式霍普金森压杆装置,测试了高应变率下Zr B2-20%Si C陶瓷复合材料的动态压缩力学性能,应变率范围为900s-1～3000s-1。结果表明:Zr B2-20%SiC陶瓷复合材料的动态压缩强度与临界应变均随应变率的增大而增加,2950s-1时压缩强度与临界应变比981s-1时分别增大了88.72%和148.85%;应变率对Zr B2-20%Si C陶瓷复合材料的动态压缩应力-应变曲线与破坏机理影响显著,应变率为1134s-1时,Zr B2-20%SiC陶瓷复合材料破坏模式以裂纹扩展为主,应变率为2861s-1时,多裂纹扩展为该材料的主要破坏机理;应变率越高,试件的损伤程度越大,压缩试件碎片尺寸越小,压缩应力-应变曲线的非线性越明显。 

【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(02)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图1分离式霍普金森压杆实验装置示意图Fig.1SchematicdiagramofsplitHopkinsonpressurebarexperimentaldevice

愠鲎?溆Ρ渎试嘉?950s-1，说明当应变率高于950s-1时，ZrB2-20%SiC复合材料压缩力学性能会表现出明显的应变率效应。因此本文采用实验方法研究高应变率下该材料动态压缩力学行为，实验测试应变率取值范围为900s-1~3000s-1。本文定义达到峰值应力时所对应的应变为临界应变，主要讨论应变率对ZrB2-20%SiC复合材料压缩强度、临界应变、应力-应变曲线及破坏机理的影响规律。3.1应变率对压缩强度与临界应变的影响ZrB2-20%SiC复合材料的动态压缩强度随应变率的变化规律如图2所示。由图可知，该材料的压缩强度表现出了明显的应变率效应，随着应变率的增大，压缩强度近似呈线性增加趋势。与981s-1应变率的压缩强度对比可知，2950s-1应变率时压缩强度增加了88.72%，可见应变率对ZrB2-20%SiC复合材料的压缩性能影响显著。另外，文献[20-21]提出可以用基于翼型裂纹的细观力学模型来预测ZrB2基超高温陶瓷材料的动态压缩强度。对于ZrB2-SiC材料，静态压缩强度取1400MPa，翼型裂纹初始长度为20m，细观力学模型预测结果(如图2所示)与实验结果吻合较好。对比结果说明，该材料的动态压缩破坏机理以内部翼型裂纹扩展、聚合为主。图2动态压缩强度随应变率的变化规律Fig.2Variationindynamiccompressivestrengthwithstrainrate图3为应变率对ZrB2-20%SiC复合材料动态压缩破坏时临界应变的影响规律。随着应变率的增大，临界应变不断增加，应变率为2950s-1时临界应变比981s-1时增加了148.85%。由于ZrB2-20%SiC复合材料为脆性材料，内部缺陷分布具有随机性，该材料的动态压缩破坏机理为内部缺?

了88.72%，可见应变率对ZrB2-20%SiC复合材料的压缩性能影响显著。另外，文献[20-21]提出可以用基于翼型裂纹的细观力学模型来预测ZrB2基超高温陶瓷材料的动态压缩强度。对于ZrB2-SiC材料，静态压缩强度取1400MPa，翼型裂纹初始长度为20m，细观力学模型预测结果(如图2所示)与实验结果吻合较好。对比结果说明，该材料的动态压缩破坏机理以内部翼型裂纹扩展、聚合为主。图2动态压缩强度随应变率的变化规律Fig.2Variationindynamiccompressivestrengthwithstrainrate图3为应变率对ZrB2-20%SiC复合材料动态压缩破坏时临界应变的影响规律。随着应变率的增大，临界应变不断增加，应变率为2950s-1时临界应变比981s-1时增加了148.85%。由于ZrB2-20%SiC复合材料为脆性材料，内部缺陷分布具有随机性，该材料的动态压缩破坏机理为内部缺陷的扩展与聚合，因此破坏时对应的临界应变表现出一定的离散性，但能反映出临界应变随着应变率增加而增大的整体趋势。图4给出了相同应变率时，ZrB2-20%SiC复合材料动态压缩强度与临界应变的对应关系。由图可知，动态压缩强度随着临界应变的增大而增大，而且应变率越高，材料的动态压缩强度与其对应的临界应变值越大。文献[23]给出的预测结果表明，脆性材料动态压缩强度与临界应变随应变率增大而增加，与本文的实验结果相符。上述结果与ZrB2-20%SiC复合材料的动态压缩破坏机理相关，高应变下内部裂纹扩展长度减小，但裂纹数量增多，导致试件失效时对应的临界应变增大。图3临界应变随应变率的变化规律Fig.3Variationofcriticalstrainwithstrainrate图4动态压缩强度与临界应变对应关系

【参考文献】：
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本文编号：3478361