C/SiC复合材料连接接头应力与破坏形式数值分析

发布时间：2021-02-17 06:58

　　C/SiC复合材料具有优异的力学与热物理化学性能,在航空、航天、兵器、核能等领域具有广泛的应用前景。但由于其编织工艺的限制,直接制造复杂精密构件比较困难,因而在实际应用过程中需解决材料的连接问题。接头在连接以及受载过程中产生的应力集中是降低连接接头力学性能的重要原因。因此,研究接头中的应力集中以及接头破坏形式对C/SiC复合材料接头设计具有重要的科学指导意义。 本文采用有限元法计算分析了在线液相渗透连接接头中的残余应力,铆接接头受载时接头中的应力集中与接头破坏形式,并采用实验方法定性检验计算结果的正误,为连接工艺及接头设计提供一定的理论依据。主要研究内容与结果如下: （1）研究了C/SiC复合材料中孔隙率对在线液相渗透连接残余应力的影响。计算结果表明:孔隙率不同,接头中残余应力的分布趋势不受影响。但随着孔隙率增大,接头中残余应力最大值减小,孔隙率达到17%后,孔隙率继续增大,应力值减小趋势趋于平缓。 （2）研究了铆钉孔锥度对受轴向拉载荷铆接接头中应力集中的影响。计算结果表明:锥度控制在2°～10°之间,接头中的应力集中最小。研究发现铆接接头的几何结构参数与接头的破坏形... 

【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
Abstract
第1章 绪论
    1.1 C／SiC复合材料
        1.1.1 C／SiC复合材料的主要制备方法
        1.1.2 C／SiC复合材料的发展现状
    1.2 C／SiC复合材料的连接
        1.2.1 连接意义
        1.2.2 传统连接方法
            1.2.2.1 粘接
            1.2.2.2 机械连接
            1.2.2.3 焊接
        1.2.3 新型连接方法
            1.2.3.1 在线液相渗透连接方法
            1.2.3.2 复合材料铆接方法
    1.3 连接接头中的应力
        1.3.1 在线液相渗透连接接头中的残余应力
        1.3.2 铆接接头中的应力集中
        1.3.3 连接应力的计算
    1.4 有限元数值模拟技术
        1.4.1 数值模拟技术的工程应用
        1.4.2 ANSYS软件概述
    1.5 本文的选题依据和研究目标
    1.6 研究内容
    参考文献
第2章 应力计算的有限单元法
    2.1 有限单元法基本概念
    2.2 线性结构静力分析的有限单元法
        2.2.1 单元刚度矩阵的建立
        2.2.2 有限单元法的解题步骤
    2.3 结构非线性的有限单元法
    2.4 热应力的计算
    2.5 有限元法在复合材料学中的应用
    参考文献
第3章 C／SiC在线液相渗透连接接头残余应力数值分析
    3.1 前言
    3.2 模型建立与参数计算
        3.2.1 有限元模型建立
        3.2.2 材料性能和连接工艺参数
    3.3 孔隙率对2D与3DC／SiC连接接头残余应力的影响
    3.4 残余应力在接头中的分布
    3.5 本章小节
    参考文献
第4章 C／SiC铆接接头应力与破坏形式数值分析
    4.1 前言
    4.2 受拉载荷的铆接接头研究
        4.2.1 C／SiC铆接接头合理锥度的确定
            4.2.1.1 有限元模型建立
            4.2.1.2 结果与分析
        4.2.2 C／SiC铆接接头破坏形式分析
    4.3 受剪载荷铆接接头研究
        4.3.1 受剪载荷的铆接接头破坏形式分析
            4.3.1.1 有限元模型建立
            4.3.1.2 结果与分析
        4.3.2 接头的优化设计
            4.3.2.1 优化设计的内容
            4.3.2.2 优化设计的方法
            4.3.2.3 优化设计的过程
    4.4 本章小节
    参考文献
第五章 连接应力与破坏形式实验验证
    5.1 原材料
        5.1.1 增强体
        5.1.2 制备PyC界面相和SiC基体所用气源物质
        5.1.3 C／SiC复合材料的制备过程
    5.2 在线液相渗透连接接头残余应力的研究
        5.2.1 实验方案
        5.2.2 实验结果与分析
            5.2.2.1 试样孔隙率测定
            5.2.2.2 二维C／SiC复合材料连接接头力学性能
            5.2.2.3 C／SiC复合材料接头的微结构
    5.3 受轴向拉载荷的铆接接头破坏形式的研究
        5.3.1 实验方案
        5.3.2 实验结果与分析
    5.4 受剪载荷铆接接头破坏形式的研究
        5.4.1 实验方案
        5.4.2 实验结果与分析
            5.4.2.1 铆接接头力学性能
            5.4.2.2 铆接接头断口显微结构分析
    5.5 本章小节
    参考文献
结论
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]C/SiC复合材料与Nb的液相渗透连接[J]. 童巧英,成来飞,张立同.  航空材料学报. 2004(01)
[2]三维C/SiC复合材料在线液相渗透连接[J]. 童巧英,成来飞,张立同.  稀有金属材料与工程. 2004(01)
[3]二维C/SiC复合材料连接的显微结构与性能[J]. 童巧英,成来飞,张立同.  材料工程. 2002(11)
[4]连接压力在Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si3N4陶瓷中的作用机制[J]. 邹贵生,吴爱萍,任家烈,任维佳,李盛.  宇航材料工艺. 2000(05)
[5]SiC/TiAl扩散连接接头的界面结构及连接强度[J]. 刘会杰,冯吉才,钱乙余.  焊接学报. 1999(03)
[6]SiC与TiAl扩散连接中界面反应层的成长模型[J]. 刘会杰,冯吉才,钱乙余,李卓然.  焊接技术. 1999(04)
[7]SiC颗粒增强铝基复合材料的焊接[J]. 任德亮,齐海波,丁占来,樊云昌.  焊接技术. 1999(03)
[8]耐高温陶瓷-金属连接研究的现状及发展[J]. 邹贵生,吴爱萍,任家烈,彭真山.  中国机械工程. 1999(03)
[9]镍基合金及其铸造技术[J]. 方正春.  材料开发与应用. 1994(01)

博士论文
[1]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



本文编号：3037620