2011中国材料研讨会

2011-05-17 00:00:01

中国北京

以C/SiC为代表的连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料具有耐高温、低密度、高比强、高比刚、抗氧化和抗烧蚀等优异性能,并且具有类似金属的断裂行为、对裂纹不敏感和不发生灾难性损毁等特点。平纹编织C/SiC采用商品化碳布叠层制备预制体,生产成本低,制备工艺简单且平行碳布面内力学性能一致,特别适合制备板壳状热结构部件,如空天飞行器的机翼前缘、组合襟翼、燃烧室浮壁瓦片、尾喷管调节片密封片等。作为空天飞行器关键热结构的重要候选材料,平纹编织C/SiC在复杂力学载荷作用下的承载能力尚不清楚,而开展此研究对于结构服役安全至关重要。本文以面内单向拉伸、压缩和剪切及其对应的加卸载试验为基础,获得以损伤能量释放率表达的面内损伤演化本构模型;以层间拉伸、Ⅰ型开裂和Ⅱ型开裂试验为基础,获得包含损伤产生和扩展的层间损伤演化本构模型。基于显式有限元程序ABAQUS/Explicit建立平纹编织C/SiC复合材料有限元模型,模型中采用Cohesive单元来模拟层间连接,并通过用户子程序接口VUMAT将面内和层间损伤演化本构模型置入显式有限元程序中。利用所建立的有限元模型模拟了平纹编织C/SiC低速冲击、静态压痕和三点弯曲试验,模拟结果与试验结果具有较好的一致性,从而验证了所建立的损伤演化本构模型的正确性。