陶瓷基复合材料氧化行为与剩余强度数值分析  被引量:7

Numerical Analysis Method of Oxidation Behavior and Residual Strength for Ceramic Matrix Composite

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作  者:刘宝瑞[1] 李尧 侯传涛[1] 王建民[1] 张东 LIU Bao-rui;LI Yao;HOU Chuan-tao;WANG Jian-min;ZHANG Dong(Science and Technology on Reliability and Environmental Engineering Laboratory,Beijing Institute of Struc-ture and Environment Engineering,Beijing 100076,China;Beijing Institute of Aerospace System Engineering,Beijing 100076,China)

机构地区:[1]北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室,北京100076 [2]北京宇航系统工程研究所,北京100076

出  处:《强度与环境》2021年第6期1-8,共8页Structure & Environment Engineering

基  金:科技部国家重点研发计划(2021YFB3801700);重点实验室基金(6142911180512)。

摘  要:陶瓷基复合材料是当前高速飞行器热结构最广泛使用的材料之一,但在高温环境下长时间使用中面临着不可避免的氧化损伤问题。本文以C/SiC复合材料为对象,基于失重率-时间关系曲线,建立了包含温度和应力影响的氧化扩展速率模型,并提出了一种氧化损伤的刚度退化准则和剩余强度模型。通过编写UMAT子程序,在Abaqus软件框架下实现了陶瓷基复合材料氧化行为和剩余强度的数值分析。通过5个典型算例的计算分析以及与试验数据对比,验证了本文提出的模型和方法的有效性。Ceramic matrix composites(CMCs),one of the most widely used materials in the hot structures of high-speed aerial vehicles;suffer from inevitable oxidation problem in the long-time service under high temperature.Taking the C/SiC composites as a prototype,this work build an oxidation diffusion speed model including the effects of temperatures and stresses based on the curves of the weight loss versus service time,and proposed a rule of stiffness degradation and a residual strength model for oxidation damage.Through UMAT subroutine,this work has realized the numerical analysis of oxidation behaviors and residual strength for CMCs in the framework of ABAQUS software.The proposed models and method are validated through analysis of the calculation results of five typical examples and the comparisons with experimental data.

关 键 词:陶瓷基复合材料 氧化行为 剩余强度 数值分析 

分 类 号:TB332[一般工业技术—材料科学与工程] V25[航空宇航科学与技术—航空宇航制造工程]

 

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