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不同界面SiC纤维束复合材料的拉伸力学行为 被引量:8
1
作者 何宗倍 张瑞谦 +3 位作者 付道贵 李鸣 陈招科 邱邵宇 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期25-31,共7页
利用国产三代SiC纤维通过化学气相渗透工艺(CVI)制备不同界面厚度和基体体积分数的SiC纤维束复合材料,并对其拉伸力学行为进行研究;同时,通过有限元方法研究界面厚度和基体体积分数对SiC纤维束复合材料热残余应力的影响。有限元分析结... 利用国产三代SiC纤维通过化学气相渗透工艺(CVI)制备不同界面厚度和基体体积分数的SiC纤维束复合材料,并对其拉伸力学行为进行研究;同时,通过有限元方法研究界面厚度和基体体积分数对SiC纤维束复合材料热残余应力的影响。有限元分析结果表明:该纤维束复合材料的界面存在较为明显的径向和环向热残余应力,而且这两种应力均随着界面厚度增加而减小,随着基体体积分数的增加而增加。拉伸实验结果表明:随着界面厚度增加SiC纤维束复合材料的拉伸强度有增大趋势,且纤维拔出长度也相应增加;但在界面厚度相同的情况下,过高的基体体积分数将导致复合材料拉伸强度和韧性下降。 展开更多
关键词 sic纤维束复合材料 界面厚度 基体体积分数 热残余应力 拉伸行为
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单向纤维束SiC/SiC复合材料强度统计分布规律与微结构损伤分析 被引量:1
2
作者 张晨 孙国栋 +4 位作者 雷豹 李旭勤 张青 孟志新 高祥云 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期4210-4225,共16页
SiC/SiC复合材料力学性能离散性来源于其结构单元和微结构特征。本文针对结构最简单的单向纤维束SiC/SiC复合材料,通过双参数Weibull分布和中位估计分布分析其强度分布规律,基于该复合材料各组元(基体、界面相、纤维)微结构的深度学习... SiC/SiC复合材料力学性能离散性来源于其结构单元和微结构特征。本文针对结构最简单的单向纤维束SiC/SiC复合材料,通过双参数Weibull分布和中位估计分布分析其强度分布规律,基于该复合材料各组元(基体、界面相、纤维)微结构的深度学习来揭示其离散性。结果表明:小试炉和中试炉制备的单向纤维束SiC/SiC的拉伸强度分别位于(331.02 MPa,407.82 MPa)和(161.09 MPa,540.95 MPa);前者威布尔模数(20.59)比后者(5.01)高出75.7%,表明中试的离散性增大。断口形貌深度学习结果表明:基体开裂、界面偏转和纤维断裂拔出是主要的失效机制,定量分析得到基体裂纹间距分布于(83.2μm,107.8μm),通过细观力学公式计算表明基体非均匀性为影响复合材料可靠性的主要原因。 展开更多
关键词 单向纤维束sic/sic 微结构 WEIBULL分布 深度学习 拉伸性能
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纤维丝束大小对Mini-C/SiC拉伸性能与强度分布的影响 被引量:2
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作者 孟志新 罗磊 +4 位作者 陈婧旖 李斌 李敏 张毅 成来飞 《当代化工》 CAS 2021年第8期1810-1813,1871,共5页
为了探究碳纤维丝束大小对纤维束复合材料碳/碳化硅(Mini-C/SiC)拉伸性能和强度分布的影响,采用化学气相浸渗(CVI)法制备了1k Mini-C/SiC和3k Mini-C/SiC复合材料。测试了C纤维束以及Mini-C/SiC复合材料的拉伸性能,并采用两参数Weibull... 为了探究碳纤维丝束大小对纤维束复合材料碳/碳化硅(Mini-C/SiC)拉伸性能和强度分布的影响,采用化学气相浸渗(CVI)法制备了1k Mini-C/SiC和3k Mini-C/SiC复合材料。测试了C纤维束以及Mini-C/SiC复合材料的拉伸性能,并采用两参数Weibull分布模型分析了强度分布,同时还观察了拉伸断口形貌。结果表明:3k C纤维束表现出了明显的"聚拢效应",其拉伸性能和强度稳定性均优于1k C纤维束,而且其拉伸强度、Weibull模数、特征强度、延伸率和断裂功分别比1k C纤维束的高47%、13%、46%、54%和102%。同时,1k C纤维束发生韧性断裂,3k C纤维束发生脆性断裂。3k Mini-C/SiC复合材料的拉伸性能和强度稳定性均优于1k Mini-C/SiC复合材料,其拉伸强度、Weibull模数、特征强度、延伸率和断裂功分别比1k Mini-C/SiC复合材料提高了67%、69%、63%、92%和216%,而且两者的拉伸断裂方式均为典型的脆性断裂。纤维体积分数高是大纤维丝束复合材料3k Mini-C/SiC拉伸性能和强度稳定性优于小纤维丝束复合材料1k Mini-C/SiC的主要原因。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 Mini-C/sic 碳纤维丝束 拉伸性能 强度分布
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界面层对C/SiC复合材料热残余应力影响的模拟及分析 被引量:3
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作者 吕毅 张伟 吕鹏 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2018年第6期949-956,共8页
针对平纹编织C/Si C复合材料的C纤维束,通过对其扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)照片的测量,考虑纤维排布以及选择合适的界面模型,建立了包含界面层的三维三相的代表特征体元(Representative volume element,RVE)的... 针对平纹编织C/Si C复合材料的C纤维束,通过对其扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)照片的测量,考虑纤维排布以及选择合适的界面模型,建立了包含界面层的三维三相的代表特征体元(Representative volume element,RVE)的有限元模型。采用间接耦合的降温法,在考虑温度对组分弹性常数的影响以及施加合适的周期性边界条件的基础上模拟了C纤维束轴向的热残余应力。分析可知,对于Si C基体的热残余应力,其随着界面层厚度的减小而增大,随着界面层模量的增大而增大。引入一维应力分布轴,将振荡幅值作为选择最佳参数的一个条件,据此可知选用热膨胀系数小的界面层材料可更好的降低组分间热残余应力变化的梯度。 展开更多
关键词 界面层 C/sic复合材料 C纤维束 热残余应力 代表特征体元
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基于有限元计算细观力学方法的C/SiC复合材料碳纤维束的就位模量 被引量:1
5
作者 郝红武 张伟 +1 位作者 吕毅 赵慧 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第11期209-214,共6页
基于有限元计算细观力学方法(finite element computational micromechanics,FECM),通过对C/Si C复合材料的C纤维束截面的实测,建立了六边形排列的代表特征体元(representative volume element,RVE)三维有限元模型。通过采用具有环向裂... 基于有限元计算细观力学方法(finite element computational micromechanics,FECM),通过对C/Si C复合材料的C纤维束截面的实测,建立了六边形排列的代表特征体元(representative volume element,RVE)三维有限元模型。通过采用具有环向裂纹以及平行裂纹的两种C纤维束RVE有限元模型进行计算和分析,得出C纤维束的就位模量的决定因素包括初始的基体裂纹以及C纤维的就位性能。通过引入裂纹影响的折减系数,以及C纤维就位性能的折减系数,得到了C纤维束的5个就位模量,其中轴向就位模量与试验值十分接近,而其余4个就位模量还有待试验值的检验。 展开更多
关键词 C/sic复合材料 碳纤维束 就位模量 有限元计算细观力学
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SiC纤维在空气中的耐温性测试
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作者 孙元平 余江轮 +3 位作者 黎尧 肖慈伟 陈欢 马彦 《高科技纤维与应用》 CAS 2024年第2期19-23,共5页
SiC纤维作为SiC_(f)/SiC复合材料的重要承载部分,其耐温性能直接影响SiC纤维的实际应用。单丝拉伸强度和束丝拉伸力测试表明:在空气中,800℃时SiC纤维单丝强度维持在2.7 GPa以上,束丝拉伸力170 N以上,随时间延长无明显变化;温度升高至1... SiC纤维作为SiC_(f)/SiC复合材料的重要承载部分,其耐温性能直接影响SiC纤维的实际应用。单丝拉伸强度和束丝拉伸力测试表明:在空气中,800℃时SiC纤维单丝强度维持在2.7 GPa以上,束丝拉伸力170 N以上,随时间延长无明显变化;温度升高至1000℃时,单丝强度下降至2.0 GPa,束丝拉伸力下降至159 N;超过1200℃后,纤维氧化明显,无长时间应用能力。其SEM及EDS结果表明,各个温度下纤维表面均有不同程度的氧化,温度越高纤维氧含量越高,超过1400℃时,纤维出现“皮芯”结构和脱落,氧化严重,完全失效。 展开更多
关键词 sic纤维 单丝拉伸强度 束丝拉伸力 耐温性
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Z-pin增强CMC层间Ⅰ+Ⅱ混合型断裂韧性 被引量:4
7
作者 刘韡 矫桂琼 张为民 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期357-360,383,共5页
提出手工预缝纫方法将3K丝束的T300碳纤维引入预成型体,采用CVI工艺在预成型体和缝线处同时渗透SiC基体,制备了Z-pin增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料。通过三点弯曲试验测定了Ⅰ+Ⅱ混合型应变能释放率,分析了材料的裂纹扩展行为和Z-pi... 提出手工预缝纫方法将3K丝束的T300碳纤维引入预成型体,采用CVI工艺在预成型体和缝线处同时渗透SiC基体,制备了Z-pin增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料。通过三点弯曲试验测定了Ⅰ+Ⅱ混合型应变能释放率,分析了材料的裂纹扩展行为和Z-pin增强机理。结果表明:随着裂纹扩展长度的增大,Ⅰ+Ⅱ型裂纹扩展阻力不断增大,相同裂纹扩展长度,增加Z-pin植入密度可以提高粘结强度,增大止裂作用。Z-pin增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料裂纹扩展的耗能途径主要是层间界面剥离、Z-pin弹性剪切和拉伸变形。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 断裂韧性 应变能释放率 Z-PIN
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单向碳纤维增强陶瓷基复合材料磨削表面质量研究 被引量:8
8
作者 屈硕硕 巩亚东 +1 位作者 杨玉莹 蔡明 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期1310-1315,共6页
为考察单向碳纤维增强陶瓷基复合材料(C f/SiC)的磨削表面质量,使用树脂结合剂金刚石砂轮完成正交试验研究.通过极差分析获得砂轮线速度 v s、磨削深度 a p和进给速度 v w对表面质量影响的主次顺序.正交试验结果表明:磨削深度对磨削表... 为考察单向碳纤维增强陶瓷基复合材料(C f/SiC)的磨削表面质量,使用树脂结合剂金刚石砂轮完成正交试验研究.通过极差分析获得砂轮线速度 v s、磨削深度 a p和进给速度 v w对表面质量影响的主次顺序.正交试验结果表明:磨削深度对磨削表面粗糙度影响最大;随着磨削深度 a p的增大,表面粗糙度显著增大;随着砂轮线速度 v s的增大,表面粗糙度不断减小;随着进给速度 v w的增大,表面粗糙度增大.最终根据试验结果及表面微观形貌对单向碳纤维增强陶瓷基复合材料的磨削机理进行深入的分析,对单向C f/SiC磨削加工理论的机理揭示具有指导意义. 展开更多
关键词 单向碳纤维增强陶瓷基复合材料(Cf/sic) 磨削 表面质量 正交试验 磨削机理
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连续碳化硅纤维增韧陶瓷基复合材料微结构数字化建模和宏观各向异性模量预测 被引量:2
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作者 蔡兴瑞 万逸飞 +5 位作者 李翰超 宋嘉玲 冯志强 曾庆丰 关康 刘建涛 《材料导报》 CSCD 北大核心 2023年第13期230-236,共7页
围绕陶瓷基复合材料连续增韧相各向异性难以快速建模和宏观模量精准预测困难的问题,本工作结合水平集法和有限元法建立了陶瓷基复合材料复杂微结构数字化自动建模方法及预制体不同区域材料各向异性赋值策略。同时,以二维SiC编织布增韧... 围绕陶瓷基复合材料连续增韧相各向异性难以快速建模和宏观模量精准预测困难的问题,本工作结合水平集法和有限元法建立了陶瓷基复合材料复杂微结构数字化自动建模方法及预制体不同区域材料各向异性赋值策略。同时,以二维SiC编织布增韧陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)为例,采用细观力学均匀化方法和自编程序实现了兼顾自然孔隙影响的连续纤维增韧陶瓷基复合材料宏观各向异性模量跨尺度准确计算。与已有文献中的SiC_(f)/SiC性能实验数据对比,验证了本工作中建模方法和模量计算算法的有效性。此外,本工作还探究了SiC_(f)/SiC自然孔隙形状及纤维束波纹度比对材料宏观性能的影响机制。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 碳化硅纤维束 宏观各向异性模量 自然孔隙 数字化建模
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碳化硅纤维预制体编织损伤特性研究
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作者 郭伟娜 辛三法 +1 位作者 胡文锋 高彦涛 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期69-74,共6页
针对编织过程中碳化硅(SiC)纤维束的摩擦磨损会导致其可编织性下降等问题,在传统抱合力机基础上通过自制载荷可控的抱合夹具,模拟SiC纤维束在编织过程中与机械部件之间的摩擦行为,研究了法向载荷、摩擦速度和摩擦次数对SiC纤维束磨损行... 针对编织过程中碳化硅(SiC)纤维束的摩擦磨损会导致其可编织性下降等问题,在传统抱合力机基础上通过自制载荷可控的抱合夹具,模拟SiC纤维束在编织过程中与机械部件之间的摩擦行为,研究了法向载荷、摩擦速度和摩擦次数对SiC纤维束磨损行为的影响。研究表明:SiC纤维拉伸断裂表现出明显的脆性断裂行为,SiC纤维束的摩擦断裂循环次数随着法向载荷和摩擦速度的增加而显著减少,拉伸强度和断裂伸长率随着摩擦次数的增加而明显降低;当摩擦次数增加到100次时,SiC纤维束的拉伸断裂强力和断裂伸长率较原样分别减小了73%和53%;随着摩擦次数的增加,SiC纤维束破坏主要经历纤维分散、纤维起毛和纤维断裂等损伤过程。 展开更多
关键词 sic纤维束 法向载荷 摩擦次数 磨损行为 编织工艺
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