C/SiC复合材料动态加载下的微结构响应

详细信息    查看官网全文

• 论文作者：李涛 ; 李玉龙 ; 罗胜年 ; 杨洋
• 年：2016
• 作者机构：西北工业大学航空学院;顶峰多尺度科学研究所;
• 论文关键词：C/SiC复合材料 ; 微结构 ; 损伤演化 ; 破坏机理
• 会议召开时间：2016-11-25
• 会议录名称：2016年航空科学与技术全国博士生学术论坛摘要集
• 语种：中文
• 分类号：V214.8
• 学会代码：XBHH
• 会议名称：2016年航空科学与技术全国博士生学术论坛
• 会议地点：中国陕西西安
• 主办单位：西北工业大学研究生院、中国高校航空学院院长联席会
• 学会名称：西北工业大学航空学院
• 页数：1
• 文件大小：565k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

C/SiC复合材料作为航空航天飞行器的关键热结构材料之一,在服役过程中不可避免地遭受到冲击载荷威胁,研究其动态力学行为有显著的工程应用意义。由于该材料具有复杂的微结构,在研究其力学行为时需深入探讨其微结构响应、微损伤演化及其对力学行为的影响,此工作对基础科学研究具有同等重要的意义。我们首先使用扫描电镜(SEM)和显微X射线计算机成像(μXCT)表征了该材料的2D和3D微结构,然后利用附带X射线成像或超高速相机的霍普金森压杆(HPB)实施了动态面外/面内压缩试验,并在一级气炮上完成了低速侵彻试验。由于动态加载时间极短和探测设备的限制,基于真实微结构数值模拟被实施并作为必要的补充。SEM表征发现C/SiC复合材料中存在大量孔洞和由于残余热应力导致的垂直于纤维束的基体微裂纹;XCT三维重构了该复合材料内部的碳纤维、SiC基体、层间孔洞和纤维束内部孔洞,并且测得它们的体积比分别为40%,44%,12%和4%。C/SiC复合材料在面外动态压缩载荷作用下,其破坏过程主要包括:孔洞塌陷、材料密实化、形成剪切损伤带,并且这些现象依次出现。在面内压缩加载下,其断口较光滑,很少见纤维拔出或纤维束劈裂。非均匀的微结构导致了两种断裂模式,其中一种显著增加了韧性(~35%)而且几乎没有伴随强度降低,为该材料的微结构优化提供了一种可能途径。此外,C/SiC复合材料在低速侵彻过程中,微孔洞的塌陷导致子弹强烈振动并引起附加应变率。侵彻断口由不同力学机理形成的多个破坏区域组成。破坏的模式包括:孔洞塌陷、纤维束内部破坏、纤维束断裂、分层。根据数值模拟结果,子弹的速度、形状和硬度能显著影响该材料的微结构响应和破坏模式。

引文