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C/C复合材料被认为是最有发展前景的超高温可长时间使用的热结构材料,具有重要的国防战略价值。C/C机织复合材料内部结构复杂,其刚度和强度等力学性能的研究还不是很成熟,为了更加有效地应用C/C机织复合材料,需对其力学性能展开研究。本文采用基于细观力学的有限元方法对C/C机织复合材料的刚度性能、强度性能和开孔板试验件进行仿真分析,以降低研制风险和成本,缩短研制周期。 本文研究工作归纳为以下几个方面: (1)研究C/C三向正交机织复合材料和八枚五飞缎纹机织复合材料的刚度性能。根据材料细观结构建立单胞模型,由组分材料性能预测三向正交机织复合材料的刚度性能并与试验结果进行比较。采用单胞法和通用单胞法预测八枚五飞缎纹机织复合材料的刚度性能,并比较分析两种方法。 (2)研究C/C三向正交机织复合材料的强度性能,并与文献进行比较。本文纤维失效分析采用最大应力准则,基体失效分析采用新的细观失效准则。该失效准则考虑基体压缩失效时断裂面上的压应力对断裂面剪切破坏的阻碍作用。应用单胞模型,编写了基于ABAQUS软件的UMAT程序,并使用该软件预测材料拉伸、压缩和面内剪切强度,并给出相应的失效形式。 (3)建立C/C三向正交机织复合材料的开孔板试验件,研究其在拉伸和压缩载荷作用下的力学响应,分析其破坏机理。建模时,在孔周区域建立材料的细节模型。研究表明C/C三向正交机织复合材料在拉伸和压缩载荷作用下损伤均沿孔边成“X”形向外扩展,并给出了开孔板相应的极限载荷、强度和损伤演化过程。