陶瓷基复合材料(CMCs)由于其质量密度较低且耐高温性能较好等特点,在航空发动机中将越来越广泛地得到应用。热膨胀系数反映了CMCs高温下的热变形行为,是CMCs热应力分析所需的基本参数。CMCs的热膨胀系数与细观结构密切相关,然而CMCs的细观结构非常复杂,存在大量形状、尺寸、位置随机变化的孔洞。此外,由于制备工艺的限制,增强纤维也非严格周期分布,因此准确计算CMCs的热膨胀系数难度极大。国内外学者建立了许多力学模型来预测CMCs的热膨胀行为,但这些模型都是基于材料的理想结构,不能反映材料真实的细观结构,计算结果与实验偏差较大。因此需要建立能够真实反映CMCs细观结构的几何模型,并以此模型为基础,采用有限元法预测其热膨胀系数。论文开展了纳米压痕实验,计算得到碳纤维和基体的弹性参数,采用实验方法分别测出了碳化硅基体、2.5D C/SiC复合材料、C/SiC小复合材料和针刺二维C/SiC复合材料从室温到1500℃温度范围内的热膨胀系数。论文利用XCT扫描技术得到材料内部结构的XCT图像信息,基于经纱、纬纱及基体的识别方法,自主开发了图像识别程序,实现了2.5D C/SiC复合材料组分的自动识别。在此基础上,基于APDL语言实现了2.5D C/SiC复合材料的有限元建模。论文还建立了C/SiC小复合材料和针刺二维C/SiC复合材料的有限元建模。论文计算了三种材料从100到1500℃范围内的热膨胀系数。计算结果与试验结果吻合较好,验证了本文方法的有效性。最后,论文分析了组分参数、体积分数等因素对陶瓷基复合材料热膨胀系数的影响规律。