2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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1、多向編織碳/碳復(fù)合材料作為重要的高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)材料在航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而在多向編織碳/碳復(fù)合材料的制備、加工以及使用過程中,不可避免地會(huì)產(chǎn)生微裂紋、孔洞以及界面脫層,這些微觀結(jié)構(gòu)特征對(duì)材料的使用性能有著十分顯著的影響。多向編織碳/碳復(fù)合材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)具有非均勻性、隨機(jī)性特征,直接導(dǎo)致了其力學(xué)性能也具有隨機(jī)性分布,然而由于長(zhǎng)期以來難以獲得材料內(nèi)部原位、無損的微觀結(jié)構(gòu)特征,多向編織碳/碳復(fù)合材料力學(xué)性能的隨機(jī)性研究還處于初始

2、階段。因此,本文對(duì)多向編織碳/碳復(fù)合材料內(nèi)部微細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了觀測(cè)和表征,以此為基礎(chǔ)分析了碳/碳復(fù)合材料的組分材料以及界面層的有效性能,并對(duì)碳/碳復(fù)合材料的有效性能進(jìn)行了分析,研究了微細(xì)觀結(jié)構(gòu)對(duì)有效性能的影響。主要研究?jī)?nèi)容如下:
  多向編織碳/碳復(fù)合材料內(nèi)部的基體和界面層為多相非均質(zhì)材料,將孔洞和脫層視為均勻介質(zhì)內(nèi)部的夾雜相,使用了多相非均質(zhì)材料的等效夾雜理論,推導(dǎo)出有效彈性性能計(jì)算公式,并使用了多孔介質(zhì)的強(qiáng)度理論推導(dǎo)出強(qiáng)度計(jì)

3、算公式及其影響因素。纖維束為橫觀各向同性材料,使用了平均場(chǎng)近似和自洽近似,對(duì)其有效彈性性能進(jìn)行了分析,并使用了細(xì)觀強(qiáng)度理論分析了纖維束的強(qiáng)度及其分布,結(jié)果顯示纖維束的強(qiáng)度滿足正態(tài)分布。
  對(duì)多向編織碳/碳復(fù)合材料的宏-細(xì)-微觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了研究。首先研究了多向編織碳/碳復(fù)合材料的周期性結(jié)構(gòu)特征,根據(jù)其編織方式并結(jié)合體視顯微鏡、偏光顯微鏡等觀測(cè)分析將材料劃分為周期性單胞以及子單胞,由于在觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)材料的內(nèi)部基體與纖維束之間存在明顯

4、的界面層,在子單胞中特別提出界面層作為材料的重要組元。然后重點(diǎn)研究了多向編織碳/碳復(fù)合材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu),使用高分辨Mirco-CT觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)多向編織碳/碳復(fù)合材料的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的觀測(cè)分析,獲取了無損、原位的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)信息,發(fā)現(xiàn)在多向編織碳/碳復(fù)合材料內(nèi)部,基體中存在大量的孔洞而界面層中存在大量的脫層,其直徑集中分布于20微米至150微米之間。此外還使用了壓汞法對(duì)多向編織碳/碳復(fù)合材料內(nèi)部的孔隙進(jìn)行了測(cè)試分析,結(jié)果顯示材料內(nèi)部

5、的孔隙尺寸分布與Micro-CT的觀測(cè)結(jié)果一致。
  研究了多向編織碳/碳復(fù)合材料的組分材料(基體和纖維束)的力學(xué)性能及其分布。使用納米壓痕技術(shù)測(cè)試獲得多向編織碳/碳復(fù)合材料中無孔碳基體的彈性性能,獲得其彈性模量。對(duì)基體內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)基體內(nèi)部孔洞的孔徑分布滿足對(duì)數(shù)正態(tài)分布,在此基礎(chǔ)上計(jì)算含有孔洞的基體的有效彈性性能和強(qiáng)度,獲得其均值以及離散度等數(shù)據(jù)。分析了多向編織碳/碳復(fù)合材料中纖維束的有效彈性性能,并對(duì)纖維

6、束的強(qiáng)度及其分布規(guī)律進(jìn)行了計(jì)算和分析。
  對(duì)界面層的微觀結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)界面上脫層的直徑分布同樣滿足對(duì)數(shù)正態(tài)分布,以此為基礎(chǔ)對(duì)界面層的力學(xué)性能進(jìn)行了計(jì)算分析。通過纖維束頂出實(shí)驗(yàn)對(duì)界面層力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試,并與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)獲得的剪切強(qiáng)度低于計(jì)算值。對(duì)纖維束頂出建立有限元模型,對(duì)頂出實(shí)驗(yàn)中界面層的應(yīng)力分布進(jìn)行分析,解釋纖維束頂出實(shí)驗(yàn)結(jié)果低于計(jì)算結(jié)果的原因。
  建立多向編織碳/碳復(fù)合材料子單胞的有限元模

7、型,將組分材料和界面層的力學(xué)性能導(dǎo)入子單胞模型,作為組元性能的輸入?yún)?shù),分析子單胞的力學(xué)行為,獲得子單胞的有效彈性性能。將子單胞的有效彈性性能導(dǎo)入單胞模型,分析了多向編織碳/碳復(fù)合材料的有效性能,并分析了組元特征對(duì)有效性能及其離散程度的影響。結(jié)果顯示,纖維束對(duì)材料的有效性能及其離散度的影響大于基體和界面層;材料在承受 Z向荷載時(shí)受力均勻,有效性能分散性?。欢惺躕或Y向荷載時(shí),在碳布交疊處纖維彎曲部分存在應(yīng)力集中,對(duì)纖維束性能的分散性產(chǎn)

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