4D軸編C-C復合材料剛度及強度性能研究.pdf

1、4D軸編C/C復合材料具有良好的熱物理性能及力學性能,在高溫環(huán)境下,依然能保持較高的剛度及強度,因此,常作為固體發(fā)動機高溫熱結(jié)構(gòu)的首選材料。近幾年,隨著制造工藝的發(fā)展,我國已經(jīng)具備大規(guī)模生產(chǎn)4D軸編C/C復合材料的技術(shù)條件,但是對其力學性能的研究還不夠充分,這在一定程度上限制了材料的應用和發(fā)展。本文采用橋聯(lián)模型和損傷理論與有限元法相結(jié)合的方法對4D軸編C/C復合材料的剛度及強度性能進行研究。
　　首先,通過編寫UMAT子程序?qū)蚵?lián)

2、模型和損傷模型引入到材料分析中;對單向纖維增強復合材料剛度性能進行預報,調(diào)試UMAT子程序,并確定橋聯(lián)模型中參數(shù)的最佳取值,為4D軸編C/C復合材料的剛度及強度性能分析做好準備。
　　其次,根據(jù)4D軸編C/C復合材料幾何結(jié)構(gòu)周期性特點,建立代表性體積單胞模型,定義與橋聯(lián)模型對應的組分材料模型,創(chuàng)建有限元模型。通過調(diào)用UMAT子程序,對纖維束和碳棒應用橋聯(lián)模型本構(gòu)方程;對單胞施加周期性邊界條件,預報材料的工程常數(shù)。討論束內(nèi)纖維體積含

3、量對材料剛度性能的影響。研究表明:纖維束內(nèi)纖維體積含量增加,材料的剪切模量及X、Y方向的拉伸模量線性增大,泊松比則減小;隨著碳棒內(nèi)纖維體積分數(shù)的增加,Z方向的拉伸模量線性增大,Vyz減少,其他量基本不變。
　　最后,應用橋聯(lián)模型和損傷理論對4D軸編C/C復合材料在X、Y、Z三個方向的拉伸、壓縮應力作用下的損傷失效過程進行模擬。預測材料三個方向上的拉伸、壓縮強度,發(fā)現(xiàn)材料在碳棒方向拉伸、壓縮強度要比其他兩個方向大一些。研究了組分材料