陶瓷基层合复合材料迟滞回线模拟和寿命预测

论文摘要

陶瓷基层合复合材料具有耐高温、耐磨损、高比强等优点,克服了单向陶瓷基复合材料偏轴方向强度低的缺点。对陶瓷基层合迟滞回线、S-N曲线的研究是将其应用到结构部件上的前提,具有重要的意义。发展了陶瓷基层合复合材料在准静态加载下的应力-应变曲线模拟方法。单轴加载下陶瓷基层合复合材料的损伤机制主要有900层横向裂纹、00层基体裂纹、00层界面脱粘和00层纤维失效。采用层合剪滞理论分析陶瓷基层合复合材料损伤后的应力分布,讨论了各种因素对应力分布的影响。将层合剪滞理论和细观损伤模型相结合确定了各阶段的损伤参数,并对应力-应变曲线进行模拟,讨论了各种因素对复合材料损伤,进而对应力-应变曲线的影响。理论预测的单轴拉伸应力-应变曲线与国外及C/SiC试验结果进行对比表明:预测值与试验结果基本吻合。将层合剪滞理论与迟滞理论相结合对陶瓷基层合复合材料迟滞回线进行了模拟,分析了各种因素对迟滞回线的影响,将纤维失效统计模型与Evans界面磨损模型结合对陶瓷基复合材料的S-N曲线进行了预测。理论预测的迟滞回线、S-N曲线与国外及C/SiC拉-拉疲劳试验进行对比表明:预测值与试验结果基本吻合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.1.1 陶瓷基层合复合材料单轴拉伸行为
• 1.2.1.2 陶瓷基层合复合材料宏观疲劳损伤现象
• 1.2.1.3 陶瓷基层合复合材料细观损伤机制
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 陶瓷基层合复合材料剪滞理论
• 2.1 引言
• 2.2 层合剪滞理论
• 2.1.1 层合特征体元
• x'>2.1.2 层合剪滞常数H_x
• 0层纤维轴向应力和90⁰ 层横向应力'>2.1.3 0⁰层纤维轴向应力和90⁰层横向应力
• 2.1.4 边界条件
• 2.2 影响层合复合材料应力分布的因素
• 2.2.1 横向裂纹段
• 2.2.2 基体裂纹段
• 2.3 小结
• 第三章 陶瓷基层合复合材料单轴加载应力-应变曲线模拟
• 3.1 引言
• 3.2 陶瓷基层合复合材料损伤机制
• 0 层横向裂纹'>3.2.1 90⁰层横向裂纹
• 0 层基体裂纹'>3.2.2 0⁰层基体裂纹
• 0 层界面脱粘'>3.2.3 0⁰层界面脱粘
• 0 层纤维失效'>3.2.4 0⁰层纤维失效
• 3.2.4.1 临界纤维应变能准则
• 3.3 陶瓷基层合复合材料应力-应变曲线模拟
• 3.3.1 未损伤段
• 3.3.2 横向裂纹段
• 3.3.3 基体裂纹段
• 3.3.4 纤维断裂段
• 3.4 试验对比
• 3.4.1 室温C/SiC 陶瓷基层合复合材料单轴拉伸试验
• 3.4.2 国内外试验数据对比
• 3.5 小结
• 第四章 陶瓷基层合复合材料迟滞回线模拟和寿命预测
• 4.1 引言
• 4.2 陶瓷基层合复合材料迟滞回线模拟
• 4.2.1 迟滞理论
• 4.2.1.1 卸载
• 4.2.1.2 重新加载
• 4.2.1.3 卸载和重新加载应力分布
• 4.2.1.4 卸载和重新加载应力-应变关系
• 4.2.2 界面磨损
• 4.2.3 应变棘齿
• 4.3 陶瓷基复合材料寿命预测
• 4.3.1 初始加载纤维失效
• 4.3.2 疲劳失效
• 4.3.2.1 界面磨损导致纤维失效
• 4.3.2.2 S-N 曲线
• 4.4 试验对比
• 4.4.1 室温C/SiC 陶瓷基层合复合材料拉-拉疲劳试验
• 4.4.1.1 迟滞回线模拟
• 4.4.1.2 试验对比
• 4.4.2 陶瓷基复合材料疲劳寿命预测
• 4.4.2.1 陶瓷基复合材料S-N 曲线模拟
• 4.4.2.2 陶瓷基复合材料S-N 曲线对比
• 4.5 小结
• 第五章 全文总结
• 5.1 本文的主要工作和结论
• 5.2 今后的研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果与发表的论文