Z-pins增强陶瓷基复合材料接头的连接性能

摘要

本文对z-pins增强2-D陶瓷基复合材料搭接接头在单向载荷作用下的连接性能进行了试验及其分析。试验结果表明z-pins增强2-D陶瓷基复合材料搭接接头随着搭接长度的不同，破坏方式也不相同，有如下两种情况：(1)搭接长度等于15mm的搭接接头，搭接面脱胶为其最终的失效方式；(2)搭接长度大于20mm的搭接接头，首先发生搭接面的脱胶，然后以搭接板在Z-pins存在处断裂而失效。搭接长度等于15mm搭接接头的载荷位．移曲线中，载荷变化存在一稳定的波动区域，此波动区域说明z-pins具有抑制裂纹扩展，在一定程度上改善搭接接头连接性能。搭接板断裂的搭接接头所能承载的最大载荷与搭接长度之间呈线性关系变化。结合有限元的方法对搭接接头应力分布进行数值分析，发现z-pins增强2-D陶瓷基复合材料搭接接头搭接面两端存在明显的应力集中，Z-pins存在处应力集中的现象也比较严重，这有可能是搭接长度大于20mm的搭接接头首先发生剥离，而后在z-pins存在处搭接板断裂的原因。使用有限元的方法对有、无Z-pins增强2-D陶瓷基复合材料搭接接头裂纹尖端能量释放率进行模拟分析，发现Z-pins直径的增大，间距的减小有助于抑制裂纹的扩展；此外，对搭接长度等于15mm的有、无z-pins增强陶瓷基复合材料搭接接头的破坏过程也进行了数值分析，发现Z-pins直径的增大，间距的减小有助于抑制裂纹的扩展，起到改善连接性能的作用。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1 C/SiC复合材料(陶瓷基复合材料)

1.1.1 C/SiC复合材料的主要制备方法

1.1.2 C/SiC复合材料的应用进展

1.2 C/SiC复合材料的连接

1.2.1连接的意义

1.2.2陶瓷基复合材料的连接方法

1.3本文的选题依据和研究目标

1.4研究内容

第二章试验

2.1引言

2.2材料及试验件制备

2.2.1试验件

2.3单向拉伸试验

2.3.1试验过程

2.3.2试验结果与分析

2.3.3数值分析

2.4本章小节

第三章Z-pins增强陶瓷基复合材料弹性常数的预测

3.1引言

3.2单纤维束(包含基体)材料属性的测定

3.3 Z-pins增强陶瓷基复合材料弹性常数的预测

3.4基于陶瓷基复合材料沉积特点的单胞模型

3.5预测结果

3.6本章小节

第四章Z-pins增强陶瓷基复合材料搭接接头的裂尖能量释放率

4.1引言

4.2搭接结构中的Z-pins失效机理

4.3模型

4.3.1弹簧单元模型

4.3.2有限元模型

4.4数值结果分析

4.5本章小结

第五章 Z-pins增强陶瓷基复合材料搭接接头变形和破坏的数值模拟

5.1引言

5.2有限元分析

5.2.1非线性弹簧单元模型

5.2.2界面单元模型

5.2.3有限元模型

5.3数值模拟结果与分析

5.4本章小节

第六章 总结和展望

6.1主要结论

6.2今后的工作

参考文献

致谢

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