热防护系统面板材料拉伸和疲劳行为的实验研究

发布时间：2017-08-25 03:19

  本文关键词：热防护系统面板材料拉伸和疲劳行为的实验研究

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【摘要】：热防护系统面板材料是关系到高超声速飞行器安全的关键热防护技术,因此对于热防护系统面板材料性能的研究十分关键。陶瓷基复合材料具有耐高温及稳定性好等优点,因而成为高超声速飞行器最重要的热防护材料。本文分别针对两种不同的陶瓷基复合材料(2维编织碳纤维增强碳化硅基复合材料,莫来石纤维增强硅氧铝基复合材料)通过MTS材料试验机对其性能进行试验研究。首先,对两种材料的试样在室温下进行单向拉伸试验,处理得到两种材料拉伸试验的应力-应变曲线、弹性模量和极限应力等特性,通过对应力-应变曲线的拟合总结出该材料在受到拉伸载荷直至断裂破坏过程中应力-应变关系的规律。然后,通过升降法对两种材料进行疲劳试验,将所得到每个试件的循环加载寿命、加载应力水平等参数进行整理并计算得出两种材料的疲劳极限,并给出了两种材料常温双参数应力-疲劳寿命模型,分析了两种材料的疲劳特征。进一步分析在疲劳试验中不同试验完成形式的试件刚度等力学性能在实验过程中的变化;不同的加载频率、加载应力级等加载条件对材料刚度等力学性能的影响及变化趋势;疲劳试验前、中、后期材料刚度、极限应力等性能的变化,将所有实验所得到的弹性模量进行正态分布判定。最后,对具有代表性的试件的断口进行SEM电镜观测,观察不同断裂形式试件断口的特点,对比分析断口之间特点的相同与不同之处,进而讨论材料在拉伸载荷下形成损伤、发展、并最终导致整体失效的损伤演化过程。
【关键词】：热防护 陶瓷基复合材料 试验 力学性能 疲劳极限
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V250.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 本论文研究的目的和意义10-12
• 1.2 热防护材料的疲劳实验背景及现状12-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 1.3.1 试验部分15
• 1.3.2 分析部分15-16
• 第2章 二维编织碳纤维增强碳化硅基复合材料的常温疲劳试验16-38
• 2.1 试验材料与方法16-20
• 2.1.1 试样的设计16-17
• 2.1.2 试样的制备17
• 2.1.3 试样的加强片和粘贴17-18
• 2.1.4 试验设备同轴度评价18-20
• 2.2 拉伸试验20-22
• 2.2.1 拉伸试验结果21-22
• 2.3 常温疲劳试验22-27
• 2.3.1 升降法23-25
• 2.3.2 疲劳试验结果25-27
• 2.4 实验结果与分析27-34
• 2.4.1 材料常温应力-应变模型27-29
• 2.4.2 疲劳试验中材料性能的变化29-30
• 2.4.3 加载频率对材料性能的影响30-31
• 2.4.4 加载应力水平对材料性能的影响31-32
• 2.4.5 疲劳试验对材料性能的影响32-34
• 2.5 SEM电镜分析34-38
• 第3章 莫来石增强硅氧铝基复合材料的常温疲劳试验38-60
• 3.1 试验的试样38-41
• 3.1.1 试样的设计38
• 3.1.2 试样的合理性验证38-39
• 3.1.3 试样的制备39-40
• 3.1.4 试样的加强片和粘贴40-41
• 3.2 常温拉伸试验41-43
• 3.2.1 拉伸试样的外观41
• 3.2.2 拉伸试样的尺寸41-42
• 3.2.3 应变片的的粘贴42
• 3.2.4 常温下试样的拉伸42-43
• 3.3 高温拉伸试验43-44
• 3.3.1 拉伸试样的外观43
• 3.3.2 拉伸试样的尺寸43
• 3.3.3 高温下试样的拉伸43-44
• 3.4 拉伸试验结果对比44-46
• 3.5 常温疲劳试验46-50
• 3.5.1 常温疲劳试验方法及参数46
• 3.5.2 升降法46-48
• 3.5.3 疲劳试验结果48-50
• 3.6 试验分析50-56
• 3.6.1 材料常温本构模型50-52
• 3.6.2 疲劳试验中材料性能的变化52-53
• 3.6.3 加载频率对材料性能的影响53-54
• 3.6.4 加载应力级对材料性能的影响54-55
• 3.6.5 疲劳试验对材料性能的影响55-56
• 3.7 SEM分析56-60
• 结论60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 鲁芹;胡龙飞;罗晓光;姜贵庆;;高超声速飞行器陶瓷复合材料与热结构技术研究进展[J];硅酸盐学报;2013年02期

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本文编号：734750