载荷对cmcs热变形影响的细观机理与多尺度计算

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1、中图分类号：TB332论文编号：102870218-S118学科分类号：082502硕士学位论文载荷对CMCs热变形影响的细观机理与多尺度计算研究生姓名杨丛橙学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向结构强度振动可靠性指导教师高希光教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringMicroscopicMechanismandMultiscaleCalculationofEffectso

2、fLoadingonThermalDeformationofCMCsAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyYangCongchengAdvisedbyProf.GaoXiguangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，

3、也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要陶瓷基复合材料（CeramicMatrixComposites，简称CMCs）与高温合金相比具有较低的质量密度，且在高温环境中能保持较好的力学性能，因此被越来越多地用于制造航空发动机的热端部件。热膨胀系数（CoefficientofThermalExpansion，简称CTE）是描述材料热变形的

4、基本参数。国内外学者已经采用试验方法测量了CMCs的CTE，建立了细观模型，实现了CMCs热膨胀系数的预测。但CMCs的热变形与其细观损伤密切相关，外载荷作用下产生的细观损伤会影响CMCs的热变形，目前未见相关研究的公开报道。本文采用数字图像相关（DigitalImageCorrelation，简称DIC）技术测量了CMCs在不同拉伸载荷时的热变形，并研究了温度的影响。开展了CMCs循环加卸载试验，研究了循环载荷对CMCs热变形的影响。在此基础上，将温度的影响引入界面摩擦模型中，建立了小复合材料的热变形计算模型。最后基于小复合材料的热变形试验结果，结合有限元法和均匀化方法，实现了

5、平纹编织CMCs在恒定载荷下的热变形计算。本文得到的主要结论如下：小复合材料在受到恒定载荷作用时，不同温度下的热变形随载荷增大而增加。循环载荷对平纹编织SiC/SiC复合材料的热变形也有影响，热变形随着循环数的增加而变大。引入温度影响的界面摩擦模型，其计算结果与小复合材料的热变形试验结果吻合良好。平纹编织SiC/SiC复合材料细观模型的计算结果，也与试验结果一致。关键词：陶瓷基复合材料，热变形，恒定载荷，循环载荷，多尺度I载荷对CMCs热变形影响的细观机理与多尺度计算ABSTRACTDuetothelowerweightdensityandhigherstrengthofCera

6、micMatrixComposites(CMCs)thanthatofhigh-temperaturealloy,CMCshasbeenwildlyusedinproducingthehot-sectioncomponentsoftheaeroengine.CoefficientofThermalExpansion(CTE)isthebasicparametertodescribethethermaldeformationofmaterials.ExperimentalandtheoreticalresearchesabouttheCTEofCMCshavebeenreporte

7、d.ThethermaldeformationofCMCsrelatestothedamage,anddamagecausedbyexternalloadaffectsthethermaldeformationofCMCs.Thereisnopublicreportontherelatedresearch.Inthispaper,theDigitalImageCorrelationtechnologyisusedtomeasurethethermaldeformationofCM