陶瓷基復(fù)合材料損傷耦合的宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型研究.pdf

1、陶瓷基復(fù)合材料是一種多相材料，本身具有可設(shè)計(jì)性。其失效與細(xì)觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。要確保陶瓷基復(fù)合材料在高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)中可靠地使用，有必要開展其宏細(xì)觀結(jié)合的本構(gòu)模型和失效模型的研究。我國(guó)目前在這方面的研究工作還比較薄弱，本文圍繞上述問題開展了深入的研究。 論文根據(jù)復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)提出了新的宏觀應(yīng)變的定義。該定義以材料代表性體元邊界位移的積分作為等效宏觀應(yīng)變。證明了基于新的宏觀應(yīng)變定義的宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型的閉合性，并在此基礎(chǔ)上

2、，建立了新宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型的理論框架。 在新的理論框架內(nèi)，分別采用加權(quán)余量法和虛位移原理建立了高精度四邊形子胞模型和節(jié)點(diǎn)插值子胞模型兩種新型宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型。上述模型具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)實(shí)現(xiàn)了宏觀量與細(xì)觀量的統(tǒng)一，不僅給出了宏觀彈性常數(shù)的表達(dá)式，而且能夠根據(jù)宏觀應(yīng)變直接求出復(fù)合材料的細(xì)觀應(yīng)變場(chǎng)；(2)采用非規(guī)則子胞離散求解域，增強(qiáng)了模擬復(fù)雜細(xì)觀結(jié)構(gòu)的能力，提高了模型的計(jì)算效率；(3)能方便地與材料失效模型結(jié)合，建立損傷耦合

3、的宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型；(4)能方便地嵌入通用有限元分析軟件。論文通過數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和高效性。 論文開展了C/SiC陶瓷基復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)，獲取了宏觀材料性能數(shù)據(jù)。對(duì)試件的細(xì)觀損傷進(jìn)行了無損檢測(cè)，摸清了C/SiC材料的失效模式，揭示其失效機(jī)理，建立了失效模型。將失效模型與上述宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型結(jié)合，建立了損傷耦合的陶瓷基復(fù)合材料宏細(xì)觀統(tǒng)一本構(gòu)模型，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，該模型既能較好地預(yù)測(cè)C/SiC陶瓷基復(fù)合材