陶瓷基復(fù)合材料彈性性能的多尺度力學(xué)模型與測試.pdf

1、陶瓷基復(fù)合材料有著高彈性模量，低密度，工作溫度高等特點(diǎn)，使得其在航空航天領(lǐng)域上應(yīng)用的越來越廣泛，國內(nèi)外學(xué)者對CMCs進(jìn)行了諸多力學(xué)行為研究，其中包括宏觀力學(xué)方法，細(xì)觀力學(xué)方法，多尺度力學(xué)方法。彈性性能作為材料的基本力學(xué)性能之一，其性能預(yù)測也備受關(guān)注，國內(nèi)外學(xué)者建立了許多多尺度力學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測，但是這些模型都是基于理想結(jié)構(gòu)，對于材料的彈性性能預(yù)測具有不穩(wěn)定性，預(yù)測效果并不是很好。因此，怎樣建立一個(gè)合理的模型才是首要問題。
　　本文結(jié)

2、合計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)、C++程序編寫以及有限元分析提出了一種新的多尺度力學(xué)模型預(yù)測理論----XCT有限元理論。在XCT有限元理論中，對XCT切片的像素逐個(gè)建立有限元單元，建立了有限元模型，實(shí)現(xiàn)了對各種復(fù)合材料的彈性模量預(yù)測。上述理論具有以下優(yōu)點(diǎn)：⑴借助CMCsXCT程序以及材料CT切片以及顏色標(biāo)記切片，可以實(shí)現(xiàn)對各種復(fù)合材料自動建模。⑵依據(jù)材在CT中顯示的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，其建立的模型與材料的實(shí)體結(jié)構(gòu)非常近似，因此預(yù)測的結(jié)果也相對精確。⑶不

3、同于傳統(tǒng)的實(shí)體結(jié)構(gòu)建模，XCT有限元理論中，結(jié)合了提出的window method、體積平均法、以及基于壓縮圖像的XCT有限元方法，使得其模型單元的數(shù)目明顯少于傳統(tǒng)的實(shí)體建模。對C/SiC陶瓷基復(fù)合材料展開了以下實(shí)驗(yàn)：①通過計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)獲得了復(fù)合材料的CT切片；②通過納米壓痕實(shí)驗(yàn)獲得了材料的基體彈性性能；③通過對纖維束的微觀測試實(shí)驗(yàn)獲得了纖維束的組分體積比；④展開拉伸剪切試驗(yàn)，獲得了材料應(yīng)力應(yīng)變曲線，得到了彈性模量，并與預(yù)測結(jié)果進(jìn)