针刺C_C-SiC复合材料双轴失效机制及高温拉伸性能研究

《针刺C_C-SiC复合材料双轴失效机制及高温拉伸性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博士学位论文针刺C/C-SiC复合材料双轴失效机制及高温拉伸性能研究BIAXIALFAILUREMECHANISMANDHIGHTEMPERATURETENSILEPROPERTIESOFNEEDLEDC/C-SICCOMPOSITE陈振哈尔滨工业大学2018年06月国内图书分类号：TB332学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开工学博士学位论文针刺C/C-SiC复合材料双轴失效机制及高温拉伸性能研究博士研究生：陈振导师：梁军教授申请学位：工学博士学科：工程力学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB332U.D

2、.C:531DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringBIAXIALFAILUREMECHANISMANDHIGHTEMPERATURETENSILEPROPERTIESOFNEEDLEDC/C-SICCOMPOSITECandidate：ZhenChenSupervisor：Prof.JunLiangAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：EngineeringMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：Ju

3、ne,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要针刺C/C-SiC复合材料具有高比强度、高比模量、优良的耐磨性、抗热震性和化学稳定性等优异的高温力学性能和抗烧蚀性能，已成为航空航天工业和国防领域的关键性基础材料。针刺复合材料的预制体结构复杂，针刺部位的微观结构存在较大不确定性，给材料的力学建模和分析提出了挑战。在高温及复杂载荷条件下，针刺C/C-SiC复合材料表现出复杂的失效机理及材料性能的温度相关性，因此需要建立针刺复合材料室温及高温条件下的失效判据，为针刺C/C-SiC复合材料结构设计和强度校核提供理

4、论基础。本论文针对针刺C/C-SiC复合材料开展了复杂载荷及高温实验，分析了材料宏观力学特征及失效机理，研究了材料性能温度相关性的微观结构作用机制，发展了材料室温及高温强度性能预报方法，结合材料复杂载荷破坏模式建立了材料室温及高温失效判据。首先，对针刺预制体的微观纤维结构特征进行观测，对针刺C/C-SiC复合材料的成型工艺进行介绍，并分析了成型后的复合材料主要微观缺陷特征。开展针刺C/C-SiC复合材料的基本力学实验和拉拉、拉压和压压复杂载荷实验，其中对室温复杂载荷试样进行设计，明确中心测量区域的应力计算方法，得到材料的宏观力学行为，并对试样的破坏形貌进行分析，确定不同载荷条件下材料的失效机

5、制。其次，结合材料微观结构特征及实验件尺寸，考虑针刺区域的分布状态，建立针刺C/C-SiC复合材料的计算模型。基于对材料微细观结构的失效模式分析，选择合理的组分材料失效判据，并确定组分材料强度性能。通过计算模型对针刺C/C-SiC复合材料在单轴和双轴拉伸载荷作用下的失效过程进行分析，预报结果与实验测试结果相符，并且分析了针刺分布对复合材料宏观力学性能离散性的影响。然后，对针刺C/C-SiC复合材料开展高温拉伸实验，分析材料宏观拉伸性能随温度的变化规律，通过破坏模式分析确定材料失效模式随温度变化的微观结构作用机制。基于碳纤维/热解碳界面和SiC基体对高温拉伸强度性能的影响机制，建立了针刺C/C

6、-SiC复合材料组分材料性能随温度的变化规律，并结合计算模型对材料在高温条件下的单轴和双轴拉伸强度进行预报。最后，通过对材料单轴压缩、双轴压压和双轴拉压的破坏形貌分析，发现材料主要发生面外双向剪切破坏，在不同的载荷比条件下材料面外剪切破坏角度有一定的变化，基于该破坏模式建立了考虑静水压力影响的三参数双剪强度-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文准则，并分析待定参数对准则的影响规律。材料在单轴拉伸和双轴拉伸载荷条件下表现出典型的复合材料破坏模式，论文对几种典型复合材料强度准则对针刺C/C-SiC复合材料拉拉破坏的适用性进行分析，发现Tsai-Wu强度准则适合预报材料在室温和高温条件下的宏观双轴拉

7、伸破坏。本文揭示了针刺C/C-SiC复合材料的微细观结构、损伤失效模式以及材料宏观性能三者之间的关联机制，预报了复合材料在高温、复杂载荷下的力学行为，建立了完善的材料的宏观失效判据，对针刺C/C-SiC复合材料的工程应用提供了有力的指导。关键词：针刺C/C-SiC复合材料；复杂载荷；高温；失效模式；力学性能；失效判据-II-AbstractAbstractNeedledC/C-SiCcompositehasb