CMCs蠕变力学行为与细观力学模拟

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:xiaoxuan415315
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目前,陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites,简称CMCs)因其质量轻、耐高温、高强度的特点,被广泛应用于航空发动机的热端部件上,其中SiC/SiC复合材料还具有优越的抗氧化性能。CMCs在热端部件的使用过程中,长期承受高温与高应力而产生蠕变现象,这将造成两种影响:(1)材料由于蠕变产生变形,可能与其他部件产生触碰甚至挤压。(2)长期的蠕变使材料性能降低甚至失效。所以研究CMCs的蠕变性能、并实现CMCs的蠕变曲线预测,为今后CMCs的实际运用提供了基础。本文着重研究SiC/SiC小复合材料的蠕变行为。小复合材料尺寸较小,且材料脆性大,本文设计制作了专门针对小复合材料蠕变试验的夹具。开展了有氧和无氧条件下的蠕变试验,试验温度为900℃和1000℃,载荷108MPa-232MPa,对试验之后的材料断口进行电镜扫描(Scanning Electron Microscope,简称SEM)分析。试验结果发现,无氧条件下的小复合材料抗蠕变性能更好,应变更小且寿命更长。建立了纤维强度概率分布模型,得出小复合材料中单丝的断裂强度沿纤维轴向的分布。建立小复合材料细观力学模型,模拟其在不同氧化程度下的纤维应力分布,并利用强度概率模型对材料失效情况作出判断。该方法从细观的角度解释了有氧条件下小复合材料的失效机理。采用Curtin-McLean模型拟合试验过程中的蠕变曲线,使用ANSYS二次开发功能,将小复合材料的蠕变模式代入二维编织几何模型,预测二维编织材料的蠕变情况。该方法可以有效的预测复杂编织复合材料的蠕变情况。
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