二维编织陶瓷基复合材料挤压力学性能试验与失效机理分析

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二维编织陶瓷基复合材料具有优良的力学性能和耐热性能,其制成的结构部件具有良好的整体性,在航空发动机及航天飞行器上得到广泛应用。二维编织陶瓷基复合材料与金属的螺栓连接是一种飞行器上广泛使用的机械连接方式,挤压破坏是其主要破坏方式之一。因此,二维编织陶瓷基复合材料挤压力学性能的试验与失效机理分析对于陶瓷基复合材料结构设计具有重要意义。为研究二维编织陶瓷基复合材料的挤压力学性能,首先开展了挤压力学性能的试验研究,研究不同沉头深度和沉头角度对二维编织陶瓷基复合材料与金属的单钉沉头螺栓连接结构挤压强度的影响。通过挤压试验,DIC法,三维显微镜图像分析等,得到了最大载荷、挤压强度、应变分布以及局部破坏等与沉头参数的关系。进行了二维编织陶瓷基复合材料弹性常数预测研究,采用有限元法建立二维编织陶瓷基复合材料的单胞模型,施加周期性边界条件,使用均匀化理论预测了材料的弹性常数,为二维编织陶瓷基复合材料挤压渐进失效机理分析提供基本材料性能参数。采用三维应变Chang-Chang失效准则和基于能量演化的连续线性材料性能退化方案,使用Fotran语言编写了通用有限元软件ABAQUS的VUMAT材料子程序,建立编织复合材料挤压渐进失效分析方法和流程。对二维编织陶瓷基复合材料挤压过程的失效机理进行了分析。建立了二维编织陶瓷基复合材料与金属连接结构的有限元模型,得到有限元模型的应力、应变、位移等结果,以及载荷位移曲线和复合材料各层损伤变化情况,二维编织陶瓷基复合材料挤压渐进失效机理进行了分析。通过试验、理论分析、数值模拟的方法研究了二维编织陶瓷基复合材料连接结构的挤压力学性能,对二维编织陶瓷基复合材料连接结构的设计具有重要的参考意义。
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