ZrB2-SiC复合陶瓷双尺度热应力分析.pdf

《ZrB2-SiC复合陶瓷双尺度热应力分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、上海航天第28卷2011年第4期AERoSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2011)04—0067-06ZrB2一SiC复合陶瓷双尺度热应力分析唐绍锋，梁军，杜善义(哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所，黑龙江哈尔滨150001)摘要：基于双尺度渐近分析方法，对ZrB2一SiC陶瓷的细观热应力场进行数值模拟，研究了SiC夹杂的含量、颗粒尺寸和中心距对细观ZrB一SiC陶瓷单胞热应力场分布的影响。结果发现：在ZrB一SiC陶瓷材料制备冷却过程中，SiC含量越高，材料越易产生微裂纹；

2、当夹杂含量一定时，SiC夹杂颗粒的尺寸越大或夹杂颗粒间的中心距越小，材料越易产生微裂纹。数值计算结果与扫描电镜(SEM)照片吻合。关键词：热应力；双尺度渐近分析方法；ZrB2一SiC陶瓷；细观中图分类号：TQ174．15；O343．6文献标志码：AMesoscopicThermalStressAnalysisforZrB2-SiCCeramicsTANGShao—feng，LIANGJun，DUShan-yi(CenterforCompositeMaterials，HarbinInstituteof

3、Technology，Harbin150001，Heilongjiang，China)Abstract：Themesoscopicthermalstressfieldswerecomputednumericallybasedontwo—scaleasymptoticmethodinthispaper．Theeffectsonthermalstressdistributionsofmeso—scaleunitcellofZrB2一SiCceramics，whichwereduetodifferentv

4、olumefractions，differentsizesanddifferentdistributionsofSiCinclusions，werediscussed．TheresultsshowedthatthecracksweremoreeasilygeneratedwiththeincreaseofthevolumefractionofSiCinclusionsinthecoolingprocessofZrB2一SiCceramics．WhenthevolumefractionofSiCinc

5、lusionswasfixed，thesameeffectappearedwiththeincreaseofthesizeofSiCinclusionsorthedecreaseofthecenterdistanceoftheinclusions．Theseresultsweregreatlyaccordedwiththephenomenaofthemicrographsimplied．Keywords：Thermalstress；Two—scaleasymptoticmethod；Zr132一Si

6、Cceramics；Mesoscopic0引言近分析方法[2]。双尺度包括描述复合材料最小重ZrB一SiC陶瓷因具有熔点和硬度高、导电导热复性单胞周期的细观尺度和描述复合材料构件尺寸性好等特点而在高温结构领域引起研究者的重视并的宏观尺度。双尺度渐近分析的要点是：材料性能得以应用[1]。因此，有必要了解ZrB。-SiC陶瓷在高的计算和预测从细观到宏观，用双尺度均匀化方法，温环境中的热响应规律。但ZrB。-SiC陶瓷是一种由细观尺度下的单胞计算宏观尺度下材料的均匀化颗粒夹杂复合材料，如直接利用有限元方法

7、进行计性能参数；结构物理、力学行为的计算与预测则是根算，要求网格划分非常细密，将导致节点数和单元数据宏观平均场方程，从宏观到细观，用双尺度渐近展过多，计算规模过大，致使计算效率降低甚至难以实开计算细观尺度下物理、力学量的局部涨落。在之现。2O世纪7O年代LIONS，BABUSKA，OLEIN-前的多项工作中，双尺度渐近分析方法被证实不但IK，KESAVAN等基于均匀化理论提出了双尺度渐满足计算精度要求，而且高效快捷[5]。本文基于双尺度渐近分析方法，对ZrB-SiC陶收稿日期：2009—04—21；

8、修回日期：2009—07-02瓷的细观热应力场进行了数值模拟，研究了SiC夹基金项目：新世纪优秀人才支持计划(NCET一05—0346)杂含量、颗粒尺寸，以及夹杂颗粒中心距对细观作者简介：唐绍锋(198O一)，男，博士生。主要研究方向为复合材ZrB一SiC陶瓷单胞热应力场分布的影响。料的多尺度建模与计算。上海航天AERoSPACESHANGHAI第28卷2011年第4期1基本理论瓦甲：Ha(Y)，a()，Mo(Y)力一彤r基凼致；H()，No()，M()为二阶基函数；