4D軸編C-C復(fù)合材料剛度及強(qiáng)度性能研究.pdf

1、4D軸編C/C復(fù)合材料具有良好的熱物理性能及力學(xué)性能,在高溫環(huán)境下,依然能保持較高的剛度及強(qiáng)度,因此,常作為固體發(fā)動(dòng)機(jī)高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)的首選材料。近幾年,隨著制造工藝的發(fā)展,我國(guó)已經(jīng)具備大規(guī)模生產(chǎn)4D軸編C/C復(fù)合材料的技術(shù)條件,但是對(duì)其力學(xué)性能的研究還不夠充分,這在一定程度上限制了材料的應(yīng)用和發(fā)展。本文采用橋聯(lián)模型和損傷理論與有限元法相結(jié)合的方法對(duì)4D軸編C/C復(fù)合材料的剛度及強(qiáng)度性能進(jìn)行研究。
　　首先,通過(guò)編寫UMAT子程序?qū)蚵?lián)

2、模型和損傷模型引入到材料分析中;對(duì)單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料剛度性能進(jìn)行預(yù)報(bào),調(diào)試UMAT子程序,并確定橋聯(lián)模型中參數(shù)的最佳取值,為4D軸編C/C復(fù)合材料的剛度及強(qiáng)度性能分析做好準(zhǔn)備。
　　其次,根據(jù)4D軸編C/C復(fù)合材料幾何結(jié)構(gòu)周期性特點(diǎn),建立代表性體積單胞模型,定義與橋聯(lián)模型對(duì)應(yīng)的組分材料模型,創(chuàng)建有限元模型。通過(guò)調(diào)用UMAT子程序,對(duì)纖維束和碳棒應(yīng)用橋聯(lián)模型本構(gòu)方程;對(duì)單胞施加周期性邊界條件,預(yù)報(bào)材料的工程常數(shù)。討論束內(nèi)纖維體積含

3、量對(duì)材料剛度性能的影響。研究表明:纖維束內(nèi)纖維體積含量增加,材料的剪切模量及X、Y方向的拉伸模量線性增大,泊松比則減小;隨著碳棒內(nèi)纖維體積分?jǐn)?shù)的增加,Z方向的拉伸模量線性增大,Vyz減少,其他量基本不變。
　　最后,應(yīng)用橋聯(lián)模型和損傷理論對(duì)4D軸編C/C復(fù)合材料在X、Y、Z三個(gè)方向的拉伸、壓縮應(yīng)力作用下的損傷失效過(guò)程進(jìn)行模擬。預(yù)測(cè)材料三個(gè)方向上的拉伸、壓縮強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)材料在碳棒方向拉伸、壓縮強(qiáng)度要比其他兩個(gè)方向大一些。研究了組分材料