【摘 要】
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SiC/Ti复合材料具有高比强度、高比刚度等优点,是航空发动机冷端部件的理想材料,其主要服役于复杂应力状态,易出现低应力破坏现象。揭示材料在复杂应力状态下的失效机理是实际应用的基本前提,因此本文对复杂应力状态下SiC/Ti复合材料的渐进失效行为展开研究,主要研究内容包括:（1）SiC/Ti组分性能试验利用纳米压痕技术获取SiC/Ti组分弹性模量、界面剪切强度、纤维剪切强度几类关键力学参数。（2）S
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SiC/Ti复合材料具有高比强度、高比刚度等优点,是航空发动机冷端部件的理想材料,其主要服役于复杂应力状态,易出现低应力破坏现象。揭示材料在复杂应力状态下的失效机理是实际应用的基本前提,因此本文对复杂应力状态下SiC/Ti复合材料的渐进失效行为展开研究,主要研究内容包括:（1）SiC/Ti组分性能试验利用纳米压痕技术获取SiC/Ti组分弹性模量、界面剪切强度、纤维剪切强度几类关键力学参数。（2）SiC/Ti复合材料复杂应力状态下细观失效规律研究基于试验获取参数建立RVE细观分析模型,预测SiC/Ti复合材料残余热应力分布和应力-应变曲线,分析失效中界面和基体的损伤演化规律。复合材料在界面失效后刚度明显退化,退化速度与界面开裂传播速度成正比。偏轴角q较小时材料破坏模式为纤维断裂,q较大时为基体开裂。平面外载荷也会影响SiC/Ti复合材料失效行为,面外压力将加速界面开裂传播,平面外横向剪切力会导致界面开裂提前发生。（3）SiC/Ti复合材料跨尺度分析方法研究提出了考虑SiC/Ti复合材料非线性刚度退化的高效宏-细观分析方法,基于该方法对不同铺层角度的复合材料试验件和开孔板进行失效模拟,并分析失效过程中的损伤演化规律。（4）SiC/Ti复合材料涡轮轴渐进失效分析基于提出的宏-细观方法,以某型传统金属涡轮轴为原型,模拟了复合材料轴的应力场和损伤行为。研究了铺层角度和厚度对涡轮轴强度的影响规律,结果表明±45°铺层涡轮轴承载扭矩能力最强。对复合材料涡轮轴的内径进行了尺寸优化,优化后的SiC/Ti复合材料涡轮轴体积减少了40.3%。
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