连续碳纤维增韧ZrB 2 -SiC基复合材料多尺度建模及力学性能分析

发布时间：2023-11-10 18:31

　　连续碳纤维增韧Zr B₂-SiC基复合材料(C_f/ZrB₂-SiC)具有优异的抗氧化烧蚀、高比强度和高比刚度并且能够显著提升高温维形等特性,在航天器热端部件具有较大的应用潜力。通过在碳纤维表面沉积不同厚度的热解碳(Py C)涂层作为界面层可以改变纤维与基体界面的结合形式,并且可以调控复合材料内部的热残余应力状态,促进碳纤维对超高温陶瓷基体增韧和补强的作用,因此充分研究碳纤维对材料力学性能的强韧化机制对C_f/ZrB₂-SiC的材料设计、制备及应用具有重要意义。由于界面层和热残余应力对界面层的损伤是影响C_f/ZrB₂-SiC力学性能的重要因素,本文结合电镜下原位拉伸实验和损伤模式分析,从微观角度出发,根据C_f/ZrB₂-SiC在不同尺度下结构周期性特点建立材料的微细观单胞模型,对C_f/ZrB₂-SiC的力学性能进行了分析。首先,本文从热残余应力和微结构...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 陶瓷基纤维复合材料界面层和热残余应力模拟研究
        1.2.1 复合材料界面层的研究
        1.2.2 纤维增韧陶瓷基复合材料热残余应力模拟分析
    1.3 微结构对纤维增韧陶瓷基复合材料力学性能影响研究
        1.3.1 PyC界面层对纤维增韧陶瓷基复合材料的力学性能影响
        1.3.2 纤维含量对纤维增韧陶瓷基复合材料的力学性能影响
        1.3.3 编织形式对纤维增韧陶瓷基复合材料的力学性能影响
    1.4 国内外文献综述的简析
    1.5 课题研究思路和主要研究内容
        1.5.1 研究思路
        1.5.2 主要研究内容
第2章 力学性能实验测试及破坏模式分析
    2.1 引言
    2.2 C_f/ZrB₂-SiC材料概述
    2.3 C_f/ZrB₂-SiC原位电镜拉伸实验及破坏模式分析
        2.3.1 C_f/ZrB₂-SiC原位拉伸实验测试及拉伸性能计算
        2.3.2 C_f/ZrB₂-SiC破坏模式分析
    2.4 本章小结
第3章 界面层损伤分析与细观等效弹性常数预报
    3.1 引言
    3.2 C_f/ZrB₂-SiC微观建模
        3.2.1 几何建模
        3.2.2 双线性内聚力本构模型
        3.2.3 基于Abaqus批量插入内聚力单元
    3.3 C_f/ZrB₂-SiC界面层损伤分析
        3.3.1 二维周期性边界条件
        3.3.2 界面层损伤分析研究
    3.4 C_f/ZrB₂-SiC微观单胞等效弹性常数计算
        3.4.1 横向等效弹性常数计算
        3.4.2 轴向等效弹性常数计算
    3.5 界面层厚度对C_f/ZrB₂-SiC横向力学性能的影响
        3.5.1 界面层厚度对热残余应力及其分布的影响研究
        3.5.2 界面层厚度对横向拉伸模量的影响研究
    3.6 本章小结
第4章 宏观等效刚度预报及三点弯曲模拟
    4.1 引言
    4.2 C_f/ZrB₂-SiC细观建模
    4.3 不同裂纹密度的基体等效弹性性能
        4.3.1 不同裂纹密度的基体建模
        4.3.2 基体细观等效弹性常数模拟结果
    4.4 C_f/ZrB₂-SiC细观单胞等效刚度预报
        4.4.1 细观单胞Voxel网格划分
        4.4.2 三维周期性边界条件
        4.4.3 等效刚度预报原理与结果
    4.5 三点弯曲实验模拟验证
        4.5.1 三点弯曲实验及参数
        4.5.2 三点弯曲模拟及弯曲模量计算
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3862093