CMCs螺栓结构的细观失效机理分析与损伤数值模拟
发布时间：2021-04-28 10:45
陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites,简称CMCs）是一种高温力学性能优异的结构材料,近年来被广泛应用于航空航天领域。螺栓联接是CMCs结构中最为常见的一种机械连接形式。如何确保螺栓连接结构在服役过程中不发生破坏和失效,是CMCs结构设计领域的重要课题。CMCs螺栓拥有复杂的细观结构,其失效与细观结构密切相关。但是目前对CMCs螺栓失效的研究没有充分考虑细观结构的影响,不能准确地预测CMCs螺栓的失效行为。本文通过试验与数值计算的方法研究CMCs螺栓的细观失效机理,并开展细观损伤的数值模拟方法研究,具有重要的工程意义和学术价值。论文首先通过X光计算机断层成像技术（X-ray Computer Tomography,简称XCT）观测CMCs螺栓的内部结构。在此基础上建立CMCs螺栓细观有限元模型,并采用渐进损伤模型实现了CMCs螺栓的失效分析,预测了CMCs螺栓在拉伸载荷下的失效载荷、失效模式和损伤演化过程。然后开展CMCs螺栓室温下的轴向拉伸试验,通过数字图像相关（Digital Image Correlation,简称DIC）技术采集试验中的位移数据,并...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 针刺陶瓷基复合材料的国内外研究现状
1.2.2 陶瓷基复合材料螺栓的国内外研究现状
1.2.3 渐进损伤方法的国内外研究现状
1.3 本文主要研究工作
第二章 CMCs螺栓多尺度渐进损伤计算
2.1 引言
2.2 针刺CMCs螺栓的宏细观一体化有限元模型
2.2.1 针刺CMCs预制体模型
2.2.2 针刺CMCs螺栓模型
2.2.3 针刺CMCs螺栓有限元模型
2.2.4 接触设置
2.3 渐进损伤模型
2.3.1 材料参数和本构模型
2.3.2 失效准则
2.3.3 材料退化模型
2.3.4 应力分析模型
2.3.5 求解器的选择
2.3.6 最终失效评价方式
2.4 本章小结
第三章 针刺CMCs螺栓拉伸试验研究
3.1 引言
3.2 试验方案
3.2.1 试验件及试验设备
3.2.2 DIC测量系统
3.2.3 试验过程
3.3 试验结果及分析
3.3.1 试验数据处理
3.3.2 试验结果分析
3.4 本章小结
第四章 CMCs螺栓失效分析及应用
4.1 引言
4.2 计算结果分析
4.3 不考虑细观结构的CMCs螺栓失效计算
4.3.1 针刺CMCs螺栓的宏观渐进损伤计算
4.3.2 宏细观结构计算结果对比
4.4 CMCs螺栓失效计算的应用
4.4.1 CMCs螺栓应用场景
4.4.2 拧紧扭矩和松动扭矩计算
4.5 本章小结
第五章 全文总结与展望
5.1 本文的主要工作和总结
5.2 今后的研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]针刺陶瓷基复合材料损伤本构模型及构件应力分析[J]. 薛建刚,高希光,方光武,张盛,宋迎东,王芳. 航空动力学报. 2016(10)
[2]针刺C/SiC复合材料应力-应变模型及试验验证[J]. 方光武,宋迎东,高希光. 复合材料学报. 2016(04)
[3]化学气相渗透工艺（CVI）制备陶瓷基复合材料的进展研究[J]. 焦健,刘善华. 航空制造技术. 2015(14)
[4]C/SiC复合材料螺栓螺牙承载能力[J]. 卢子兴,廖强,杨振宇,俸翔,张中伟,冯志海. 复合材料学报. 2015(01)
[5]基于逐渐损伤理论的复合材料飞轮转子渐进失效分析[J]. 陈启军,李成,铁瑛,刘坤良. 机械工程学报. 2013(12)
[6]考虑孔隙的针刺C/SiC复合材料弹性参数计算[J]. 李龙,高希光,史剑,宋迎东. 航空动力学报. 2013(06)
[7]复合材料螺栓联接螺纹载荷分布规律研究[J]. 廖强,卢子兴,杨振宇,俸翔,张中伟,冯志海. 复合材料学报. 2014(01)
[8]热处理温度对针刺C/C复合材料热力学性能的影响（英文）[J]. 白侠,嵇阿琳,崔红,程文. 固体火箭技术. 2013(01)
[9]室温下C/SiC复合材料螺纹紧固件的拧紧特性[J]. 李俊,矫桂琼,王刚,王波. 复合材料学报. 2012(05)
[10]炭布叠层穿刺C/C复合材料螺栓连接件微观组织和力学性能[J]. 王杰,李克智,郭领军,李贺军,李伟,高全明,李照谦. 固体火箭技术. 2012(02)
博士论文
[1]复杂预制体陶瓷基复合材料疲劳失效机理及多尺度模拟[D]. 方光武.南京航空航天大学 2016
硕士论文
[1]三维针刺C/C复合材料的微结构建模及力学性能预测[D]. 张盼.西北工业大学 2016
[2]针刺陶瓷基复合材料应力应变响应模拟及验证[D]. 史剑.南京航空航天大学 2012
本文编号：3165340
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 针刺陶瓷基复合材料的国内外研究现状
1.2.2 陶瓷基复合材料螺栓的国内外研究现状
1.2.3 渐进损伤方法的国内外研究现状
1.3 本文主要研究工作
第二章 CMCs螺栓多尺度渐进损伤计算
2.1 引言
2.2 针刺CMCs螺栓的宏细观一体化有限元模型
2.2.1 针刺CMCs预制体模型
2.2.2 针刺CMCs螺栓模型
2.2.3 针刺CMCs螺栓有限元模型
2.2.4 接触设置
2.3 渐进损伤模型
2.3.1 材料参数和本构模型
2.3.2 失效准则
2.3.3 材料退化模型
2.3.4 应力分析模型
2.3.5 求解器的选择
2.3.6 最终失效评价方式
2.4 本章小结
第三章 针刺CMCs螺栓拉伸试验研究
3.1 引言
3.2 试验方案
3.2.1 试验件及试验设备
3.2.2 DIC测量系统
3.2.3 试验过程
3.3 试验结果及分析
3.3.1 试验数据处理
3.3.2 试验结果分析
3.4 本章小结
第四章 CMCs螺栓失效分析及应用
4.1 引言
4.2 计算结果分析
4.3 不考虑细观结构的CMCs螺栓失效计算
4.3.1 针刺CMCs螺栓的宏观渐进损伤计算
4.3.2 宏细观结构计算结果对比
4.4 CMCs螺栓失效计算的应用
4.4.1 CMCs螺栓应用场景
4.4.2 拧紧扭矩和松动扭矩计算
4.5 本章小结
第五章 全文总结与展望
5.1 本文的主要工作和总结
5.2 今后的研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]针刺陶瓷基复合材料损伤本构模型及构件应力分析[J]. 薛建刚,高希光,方光武,张盛,宋迎东,王芳. 航空动力学报. 2016(10)
[2]针刺C/SiC复合材料应力-应变模型及试验验证[J]. 方光武,宋迎东,高希光. 复合材料学报. 2016(04)
[3]化学气相渗透工艺（CVI）制备陶瓷基复合材料的进展研究[J]. 焦健,刘善华. 航空制造技术. 2015(14)
[4]C/SiC复合材料螺栓螺牙承载能力[J]. 卢子兴,廖强,杨振宇,俸翔,张中伟,冯志海. 复合材料学报. 2015(01)
[5]基于逐渐损伤理论的复合材料飞轮转子渐进失效分析[J]. 陈启军,李成,铁瑛,刘坤良. 机械工程学报. 2013(12)
[6]考虑孔隙的针刺C/SiC复合材料弹性参数计算[J]. 李龙,高希光,史剑,宋迎东. 航空动力学报. 2013(06)
[7]复合材料螺栓联接螺纹载荷分布规律研究[J]. 廖强,卢子兴,杨振宇,俸翔,张中伟,冯志海. 复合材料学报. 2014(01)
[8]热处理温度对针刺C/C复合材料热力学性能的影响（英文）[J]. 白侠,嵇阿琳,崔红,程文. 固体火箭技术. 2013(01)
[9]室温下C/SiC复合材料螺纹紧固件的拧紧特性[J]. 李俊,矫桂琼,王刚,王波. 复合材料学报. 2012(05)
[10]炭布叠层穿刺C/C复合材料螺栓连接件微观组织和力学性能[J]. 王杰,李克智,郭领军,李贺军,李伟,高全明,李照谦. 固体火箭技术. 2012(02)
博士论文
[1]复杂预制体陶瓷基复合材料疲劳失效机理及多尺度模拟[D]. 方光武.南京航空航天大学 2016
硕士论文
[1]三维针刺C/C复合材料的微结构建模及力学性能预测[D]. 张盼.西北工业大学 2016
[2]针刺陶瓷基复合材料应力应变响应模拟及验证[D]. 史剑.南京航空航天大学 2012
本文编号：3165340
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3165340.html
