復合材料的氧化損傷及高溫力學性能研究.pdf

1、現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展,迫切要求發(fā)展高溫高強度材料。在火箭導彈、超音速飛機、宇宙航行、現(xiàn)代冶金、電子技術以及新能源等技術領域中,復合材料不僅要求具有耐高溫性能,而且還分別要求具有抗熱沖擊性、耐腐蝕性、抗氧化性以及電子方面的性能。高溫復合材料由于其良好的耐高溫性近年來得到了廣泛的應用,因此成為力學與材料科學領域研究的熱點,因此,本文在實驗觀測和理論研究的基礎上研究了復合材料在高溫條件下的力學性能及其相關的變化規(guī)律,為復合材料在結構設計、強

2、度與壽命分析等方面提供了一定的理論基礎。
　　 本文主要研究內(nèi)容如下:
　　 1.通過修正Eshelby等效夾雜理論研究了粒子增強復合材料的粘彈性力學性質。首先給出該復合材料的粘彈性模型,然后通過引入Heaviside階梯函數(shù)和Laplace變換,得到該材料含有應變率的蠕變本構方程,最后借助于等效夾雜理論通過引入割線模數(shù)給出了Glass/ED6增強復合材料與時間和體積相關的模量預測。計算結果與試驗吻合較好,且表明復合材料

3、粘彈性主要取決于復合材料基體的粘彈性行為。該模型能夠很好的預測復合材料內(nèi)部夾雜物的形狀、體積函數(shù)及加載路徑之間的關系。該理論的建立,為進一步考慮復合材料的高溫蠕變提供了必要支持;
　　 2.基于Eshelby等效夾雜理論,利用三參數(shù)粘彈性本構模型,本文研究了Glass/ED6短纖維增強復合材料的粘彈性響應機理,并對該材料動態(tài)剪切模量及碳/環(huán)氧材料熱膨脹系數(shù)隨溫度變化的規(guī)律進行了預報。結果表明,材料的剪切模量與組分間的體積分數(shù)以及

4、加載頻率間聯(lián)系緊密,有效熱膨脹系數(shù)與溫度密切相關。通過μR·ω,μI·ω,μR·f,μI·f和α·△T曲線可以發(fā)現(xiàn),當加載頻率值較高時,動態(tài)剪切模量主要由實部決定;而當纖維的體積分數(shù)較大時,動態(tài)剪切模量的變化主要由虛部決定,這將使材料力學性能計算過程得到簡化。針對碳/環(huán)氧材料,通過研究發(fā)現(xiàn)隨著溫差的增大,材料的熱膨脹系數(shù)隨之下降。本文工作將會為材料設計及實際工程應用提供理論依據(jù)。
　　 3.本文研究了ZrB2-SiC陶瓷在高溫環(huán)

5、境下的氧化行為,結合Arrhenius方程及細觀力學理論,給出了增強相、氣孔相與基體相隨溫度變化的規(guī)律。根據(jù)Eshelby等效夾雜理論,預報了高溫下復合材料的力學性能,給出了彈性模量與孔隙率隨溫度變化的規(guī)律,這將為高溫陶瓷材料的后續(xù)研究提供依據(jù)。
　　 4.在已有國內(nèi)外關于溫度作用下復合材料熱力學行為研究的基礎上,基于材料微結構特征參量的分析,建立熱/力耦合條件下復合材料的熱-力學耦合分析模型,然后從熱傳導和熱力學的相關理論出發(fā)