【摘 要】
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陶瓷基复合材料（CMCs）因其在超高温环境下表现出的优异性能得到了研究者们的广泛关注,并且已被初步应用于涡轮叶片、燃烧室火焰筒等航空发动机的热端部件上。航空发动机内的结构件在服役过程中通常会面临疲劳失效的问题。然而目前国内外还没有成熟的寿命模型用于预测CMCs结构件的疲劳寿命。本文据此背景,对二维编织SiC/SiC复合材料在高温环境下的疲劳行为和失效机理开展了深入研究,在此基础上发展了适用于CMC
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陶瓷基复合材料（CMCs）因其在超高温环境下表现出的优异性能得到了研究者们的广泛关注,并且已被初步应用于涡轮叶片、燃烧室火焰筒等航空发动机的热端部件上。航空发动机内的结构件在服役过程中通常会面临疲劳失效的问题。然而目前国内外还没有成熟的寿命模型用于预测CMCs结构件的疲劳寿命。本文据此背景,对二维编织SiC/SiC复合材料在高温环境下的疲劳行为和失效机理开展了深入研究,在此基础上发展了适用于CMCs结构件的高温疲劳分析方法。开展了SiC/SiC复合材料在室温环境与高温无氧环境下的力学试验研究。获取了SiC/SiC复合材料在室温环境与高温无氧环境下的单调拉伸特性与拉-拉疲劳特性,并讨论了温度对该材料拉伸性能与疲劳性能的影响。采用光学显微镜和电子扫描显微镜对上述试验破坏试件的断口形貌和局部特征进行了观察,分析了SiC/SiC复合材料的失效特点,并讨论了温度对材料疲劳损伤机理的影响。提取了疲劳试验结果中的迟滞环数据,揭示了二维编织SiC/SiC复合材料疲劳剩余刚度随加载循环数的衰减规律以及累积迟滞耗散能随加载循环数的增长规律。在此基础上,建立了该材料的高温疲劳损伤演化模型。基于损伤力学理论建立了材料的高温拉伸本构模型,采用渐近损伤方法分析结构件在静载下的应力-应变响应,根据材料的高温疲劳S-N曲线引入了材料和结构整体的疲劳失效判据,结合已建立的疲劳损伤演化模型,最终发展了CMCs结构件的高温疲劳分析方法。采用这一方法对涡轮静子叶片燕尾型榫头模拟件在高温环境下的疲劳破坏过程进行了模拟并得到了该模拟件的载荷-循环数曲线。试验结果验证了本文提出的CMCs结构高温疲劳损伤分析方法的有效性。
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