C/SiC复合材料动态压缩力学性能实验研究

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纤维增强陶瓷基复合材料C/SiC保留了陶瓷材料的耐高温、低密度、高比强度、抗氧化、抗腐蚀等优点,同时通过纤维的补强增韧,克服了陶瓷材料脆性大的缺点,可望用于航空发动机的燃烧室、整体涡轮、导向叶片、尾喷管,以及火箭发动机的燃烧室和喷管,大幅度提高推重比,具有广阔的应用前景。 利用万能电子实验机和我校自行研制的SHPB(Split Hopkinson Press Bar)系统对两种致密度2D-C/SiC复合材料和准三维针刺C/SiC复合材料进行了室温条件下的静态和动态压缩力学性能研究,分析了其应变率效应和动态破坏强度的Weibull分布,并利用体视显微镜和SEM对破坏后断口进行了观察,分析了其破坏机理。实验结果表明,两种致密度2D-C/SiC复合材料和准三维针刺C/SiC复合材料都存在一定的应变率效应,即随着应变的增加,破坏强度增加,失效应变减小,但表现出的率敏感性不强。低、高致密度2D-C/SiC复合材料和三维针刺C/SiC复合材料在动态加载条件下,破坏强度均基本服从Weibull分布,其Weibull模数分别为:8.36、5.27和8.19。实验后断口观察发现,较高致密度2D-C/SiC复合材料试样的剪切损伤角较大,且动态加载条件下大于静态;准三维针刺C/SiC复合材料静态加载条件下呈剪切破坏和分层破坏,而在动态加载条件下呈劈裂破坏。SEM观察发现在动态加载条件下,试样中碳纤维的破碎程度加剧。 在2D-C/SiC复合材料实验数据的基础上提出了一个含有宏观损伤变量的动态本构模型,与实验结果吻合较好。 本文还对两种致密度2D-C/SiC复合材料进行了200℃、400℃和600℃高温动态压缩性能实验研究,分析了其破坏强度随应变率和温度的变化规律。实验结果表明,两种致密度2D-C/SiC复合材料试样的破坏强度在不同温度下都随应变率的增加而增加;相同应变率下,高致密度试样破坏强度随着温度的升高而呈下降趋势,低致密度试样破坏强度在静态加载条件下,其破坏强度随温度的升高而下降,而动态加载条件下,破坏强度随温度的升高而增加。
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