【摘 要】
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C/SiC复合材料是目前研究最多、应用最成功和最广泛的陶瓷基复合材料,在航空航天领域有着巨大的发展潜力,其优异的材料性能与界面密不可分。当前,C/SiC复合材料的界面剪切强
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C/SiC复合材料是目前研究最多、应用最成功和最广泛的陶瓷基复合材料,在航空航天领域有着巨大的发展潜力,其优异的材料性能与界面密不可分。当前,C/SiC复合材料的界面剪切强度尚不明确,严重影响着材料磨削加工机理的研究及使用性能的推广。因而如何测量C/SiC复合材料界面的剪切强度是界面研究的关键问题之一。纤维顶出试验能反应真实材料的界面性能,近几年来一直备受重视。本论文基于细观力学理论,以有限元仿真分析为核心,以试验法为支撑,共同来研究C/SiC复合材料界面剪切强度及其影响因素。本文的主要工作为:研究分析C/SiC复合材料界面的形成及损伤失效机理,针对C/SiC复合材料特性,建立圆柱形纤维顶出理论模型及双线性界面本构模型,为纤维顶出过程中界面脱粘失效及界面剪切强度的研究提供理论基础。基于ABAQUS有限元软件,建立二维轴对称模型对C/SiC复合材料的单纤维顶出过程进行数值模拟,分析界面脱粘失效过程,得出界面剪切强度为35Mpa左右,分析材料制备过程中热残余应力、界面断裂能、材料固化温度、热膨胀系数以及纤维各向异性等因素对界面剪切强度的影响。根据纤维顶出仿真,选用纳米压痕仪对一维C/SiC复合材料试样进行纤维顶出试验。通过拟合的载荷位移曲线分析界面脱粘失效过程,得出C/SiC复合材料的界面在73mN左右可完全脱粘,平均界面剪切强度在35Mpa左右,仿真结果与试验结果相吻合,验证了模型的准确性。综上,本文研究了C/SiC复合材料纤维顶出过程中界面脱粘失效过程、界面剪切强度及其影响因素,所得结论为C/SiC复合材料界面的设计与研究、材料的制备与加工提供了高效的方法和理论依据。
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