复合材料原理09第8讲.ppt

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1、复合材料原理课程学科分类：材料学课程授课人：成来飞殷小玮超高温结构复合材料国防科技重点实验室2009.3.31第八讲界面结合与模量匹配1界面结合与失效模式2模量匹配问题3模量匹配控制引入无量纲参数θ表示界面结合强度，θ的取值范围为0～1θ=0，界面完全弱结合θ=1，界面完全强结合0<θ<1，界面介于强弱之间IIIIII12maxStrength01界面结合状态最佳θ=θmax，断裂强度最大1.1界面结合与增强效果1界面结合与失效模式0<θ<θ1，出现非积累型断裂基体不能将载荷有效地传递给纤维，整个复合材料内部出现不均匀的积聚损伤θ2

2、<θ

3、0/4＝57.5非积聚型断裂长拔出MMC:T300/LY12230/70＝3.3混合型断裂中拔出CMC:T300/SiC230/450＝0.5积聚型断裂无拔出2.1弹性界面的模量匹配2模量匹配问题在复合材料界面不发生滑移的情况下：基体模量必须低于纤维模量，纤维才有增强效果2.1弹性界面的模量匹配多孔弹性基体可以改善界面模量匹配：Em’：弹性基体的名义模量远低于理论模量连续纤维/多孔基体Al2O3/Mullite(Al6Si2Al13)微结构特征:基体孔隙率60-85Vol%纤维体积分数42-48Vol%总孔隙率35-50Vol%2.1弹性

4、界面的模量匹配2模量匹配问题Al2O3/Mullite(Al6Si2Al13)微结构特征:基体孔隙率30-50Vol%纤维体积分数42-48Vol%总孔隙率20-30Vol%2.1弹性界面的模量匹配2模量匹配问题WalterKrenkel，CarbonFibreReinforcedSiliconCarbideComposites(C/SiC,C/C-SiC)2.1弹性界面的模量匹配2模量匹配问题WalterKrenkel，CarbonFibreReinforcedSiliconCarbideComposites(C/SiC,C/C-SiC

5、)2.1弹性界面的模量匹配2模量匹配问题The90◦fiberdirectionstrengthsfortheuni-directionalsamples,withdensestructureand0.15m-thicknessSiCcoating(a),withporousstructureand0.15m-thicknessSiCcoating(b),withporousstructureand0.48m-thicknessSiCcoating(c).S.SUYAMA,JOURNALOFMATERIALSSCIENCE37(20

6、02)1101–11062.1弹性界面的模量匹配2模量匹配问题多孔弹性基体可以改善界面模量匹配：2.1弹性界面的模量匹配2模量匹配问题Gm/Gb<0.5Gm:基体断裂能Gb:纤维束断裂能由孔隙率>30%控制的弱基体可降低Gm弹性界面的裂纹偏转条件：criterionforcrackdeflectionTuetal.,19962.1弹性界面的模量匹配2模量匹配问题控制基体孔隙率控制纤维临界长径比：2.1弹性界面的模量匹配2模量匹配问题低模量界面相可以改善界面模量匹配：Ei：界面相的模量InterphaselayerSiCMatrixHi-N

7、icalonfiberCfiberSiCMatrixInterphaselayer2.1弹性界面的模量匹配2模量匹配问题弹性界面的裂纹偏转条件：2.1弹性界面的模量匹配2模量匹配问题A.G.EVANS,F.W.ZOK,JOURNALOFMATERIALSSCIENCE29(1994)38573896Gi/Gf<¼Gi:界面脱粘能Gf:纤维丝断裂能由弱界面控制的纤维基体脱粘可降低Gi(PyC,BN)弹性界面的裂纹偏转条件：纤维的断裂能f20Jm-2挑战：选择抗氧化界面层Evansetal.,1994criterionforcrackde

8、flection2.1弹性界面的模量匹配2模量匹配问题控制界面层厚度控制纤维临界长径比：控制基体孔隙率控制纤维临界长径比：2.1弹性界面的模量匹配2模量匹配问题控制界面层厚度控制纤维临界长径比