【摘 要】
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超高温陶瓷具有熔点高、硬度大、抗氧化性及热稳定性好等一系列优异特性,成为高超声速飞行器关键部位的首选材料。但飞行器服役环境下,会受到空气动荷载的作用,而较低的抗拉强度是超高温陶瓷应用的主要限制因素,直接影响该类材料构件的失效,因此超高温陶瓷复合材料的动态拉伸力学行为尤为重要。首先,本文针对ZrB2-SiC超高温陶瓷材料,采用动态劈拉试验数据验证JC本构模型模拟动态行为的适用性,基于JC本构模型,开
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超高温陶瓷具有熔点高、硬度大、抗氧化性及热稳定性好等一系列优异特性,成为高超声速飞行器关键部位的首选材料。但飞行器服役环境下,会受到空气动荷载的作用,而较低的抗拉强度是超高温陶瓷应用的主要限制因素,直接影响该类材料构件的失效,因此超高温陶瓷复合材料的动态拉伸力学行为尤为重要。首先,本文针对ZrB2-SiC超高温陶瓷材料,采用动态劈拉试验数据验证JC本构模型模拟动态行为的适用性,基于JC本构模型,开展直拉试样与夹具设计,对多种形式试样进行了选优,并保证其拉伸时受力均匀,无明显应力集中,符合动态拉伸试验要求。其次,通过预试验发现设计试样的不足之处,改进测试方案,在分析了难点和改进方向的基础上、同步对夹头及试样进行改进设计,保证试验方案的可行性。然后,开展动态直拉试验,研究应变率对直拉强度、动态应力随时间的变化规律、试样破坏模式的影响规律,试验结果发现在1/1000s-1到150s-1范围内,随着应变率不断增大,动态强度因子呈现指数形势增长,有明显的应变率效应,当应变率超过150s-1后,应变率对动态拉伸强度的影响未发现明显规律。破坏形貌呈现标距段内的单一拉伸断裂,随着应变率增大,发现破坏区域没有明显增大,碎片尺寸没有明显减小。最后,采用JC本构模型,预测材料的动态直拉力学行为。通过JC模型分析,发现JC模型模拟的结果与试验结果相近,JC模型预报结果具有可靠性和预报性。
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