陶瓷基復合材料損傷耦合的宏細觀統(tǒng)一本構模型研究.pdf

1、陶瓷基復合材料是一種多相材料，本身具有可設計性。其失效與細觀結構密切相關。要確保陶瓷基復合材料在高推重比航空發(fā)動機中可靠地使用，有必要開展其宏細觀結合的本構模型和失效模型的研究。我國目前在這方面的研究工作還比較薄弱，本文圍繞上述問題開展了深入的研究。 論文根據(jù)復合材料細觀結構的特點提出了新的宏觀應變的定義。該定義以材料代表性體元邊界位移的積分作為等效宏觀應變。證明了基于新的宏觀應變定義的宏細觀統(tǒng)一本構模型的閉合性，并在此基礎上

2、，建立了新宏細觀統(tǒng)一本構模型的理論框架。 在新的理論框架內，分別采用加權余量法和虛位移原理建立了高精度四邊形子胞模型和節(jié)點插值子胞模型兩種新型宏細觀統(tǒng)一本構模型。上述模型具有如下優(yōu)點：(1)實現(xiàn)了宏觀量與細觀量的統(tǒng)一，不僅給出了宏觀彈性常數(shù)的表達式，而且能夠根據(jù)宏觀應變直接求出復合材料的細觀應變場；(2)采用非規(guī)則子胞離散求解域，增強了模擬復雜細觀結構的能力，提高了模型的計算效率；(3)能方便地與材料失效模型結合，建立損傷耦合

3、的宏細觀統(tǒng)一本構模型；(4)能方便地嵌入通用有限元分析軟件。論文通過數(shù)值計算驗證了模型的準確性和高效性。 論文開展了C/SiC陶瓷基復合材料拉伸試驗，獲取了宏觀材料性能數(shù)據(jù)。對試件的細觀損傷進行了無損檢測，摸清了C/SiC材料的失效模式，揭示其失效機理，建立了失效模型。將失效模型與上述宏細觀統(tǒng)一本構模型結合，建立了損傷耦合的陶瓷基復合材料宏細觀統(tǒng)一本構模型，并進行了試驗驗證。結果表明，該模型既能較好地預測C/SiC陶瓷基復合材