二维C∕SiC复合材料的室温疲劳行为及寿命预测

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1、第5卷第l期2014年2月航空工程进展ADVANCESINAER()NAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．5Feb．NO．12014文章编号：1674—8190(2014)01—10405二维C／SiC复合材料的室温疲劳行为及寿命预测吕美平1’2，童小燕1，任少华1～，姚磊江1(1．西北工业大学无人机特种技术国防科技重点实验室，西安710065)(2．西北工业大学航空学院，西安710072)摘要：为了研究二维C／SiC复合材料的疲劳行为并对其进行寿命预测．进行室温下二维C／SiC复合材料的拉伸试验和疲劳试验，并使用扫描电镜(SEM)观察其断I=1形

2、貌。结果表明：L、jsic复合材料表现出类似金属的韧性断裂行为，疲劳极限约为极限拉伸强度(UTS)的85％．在室温下具有较为优良的抗疲劳性能；由于复合材料的缺口钝化效应，缺口试样的sN曲线要高于光滑试样，但两者趋势一致．据此提出基于名义应力的疲劳寿命预测方法。关键词：疲劳；寿命预测：C7SiC；复合材料；扫描电镜中图分类号：TB33文献标识码：AFatigueBehaviorandLifePredictionof2DC／SiCunderRoomTemperatureI。nMeipin91～，TongXiaoyanl．RenShaohual一，YaoI．eijian91(1．N

3、ationalKeyI。aboratoryofScienceandTechnologyonUAV，NorthwesternPolytechnicalUniversity．Xi’an710065．China)(2．SchoolofAeronautics．NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072．China)Abstract：Monotonictensiontestsandtension—tensionfatiguetestscombinedwithmicroscopicobservationbyscanningelectro

4、nmicroscopy(SEM)areperformedtOinvestigatethefatiguebehaviorandlifepredictionof2Dc／SiC．Theresultsshowthatc／sicexhibitsmetal—similarductilefracturebehavior．Thefatigue1imitisabout85％ofultimatetensilestrength(U’FS)．whichindica'testhatC／SiChasexcellentfatigueperformanceunderroomtemperature．Thete

5、ndencyoftheS—Ncurveofthenotchedspecimenisconsistentwiththecurveofthesmoothspecimen．Butthecurveofthenotchedspecimenishigherthanthatofthesmoothspecimen，duetOthenotchinsensitivityandnotchbluntedeffectofcompositematerials．Accordingtothetestresults，afatiguepre—dictionmodelbasedonthenominalstress

6、ispresented．Keywords：fatigue；lifeprediction；c／sic；composite；scanningelectronmicroscopy0引言连续纤维增韧陶瓷基复合材料具有耐高温、低密度、高比强度、抗氧化等优异性能，成为未来可重复使用空天飞行器结构的主要候选材料，应用前景收稿日期：201302—03；修回日期：2013-0t—01基金项目：国家自然科学基金(11072195)通信作者：吕美平，Ivmpvictor@163．COIll广阔。1越。(?,／SIC复合材料广泛应用于航空发动机的热端部件．如尾喷管调节片、密封片、航天飞行器的头锥、机

7、翼前缘以及火箭与动能武器的喷管及其扩张段等o“】。力学性能表征对了解结构材料的基础性能非常重要L5“，研究材料在外部载荷环境中的响应和破坏机理有助于改进材料的制造工艺，提高材料的服役性能。国外科研机构对编织结构陶瓷基复合材料力学性能的研究十分重视，进行了较多的理论和试验研究∽11I，但由于纤维和基体材料第1期吕美平等：二维c／sic复合材料的室温疲劳行为及寿命预测105种类繁多、细观结构的差异以及制造工艺的区别，各国所研制的陶瓷基复合材料的力学性能不尽相同。近年来，国内在C／SiC静力性能的试验研究方面