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1、復(fù)合材料學(xué)報第27卷第3期6月2010年ActaMateriaeCompositaeSinicaVol127No13June2010文章編號:100023851(2010)0320116206界面對纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料拉伸性能的影響3楊成鵬,矯桂瓊(西北工業(yè)大學(xué)工程力學(xué)系,西安710129)摘要:建立了橋聯(lián)纖維細(xì)觀力學(xué)模型,研究了界面對纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料拉伸模量及強(qiáng)度的影響。分別引入纖維應(yīng)力均勻系數(shù)和界面脫粘率作為界面完全脫粘和局部脫粘條件下界面性能的表征參數(shù)。研究表明,應(yīng)力均勻系數(shù)及界面脫粘率越大,材料模量越低,而斷裂時纖維所承擔(dān)的應(yīng)力越高?；诨旌下式o出了拉伸強(qiáng)度
2、表達(dá)式,同時也分析了基體裂紋分布、界面脫粘和纖維拔出對強(qiáng)度的影響。計算結(jié)果表明,本文強(qiáng)度模型給出的預(yù)測值與試驗值吻合較好。關(guān)鍵詞:陶瓷基復(fù)合材料;界面脫粘;細(xì)觀力學(xué);裂紋分布;拉伸強(qiáng)度中圖分類號:文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AEffectsofinterfaceontensilepropertiesoffiberreinforcedceramicmatrixcomposites3YANGChengpeng,JIAOGuiqiong(DepartmentofEngineeringMechanics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xipan710129
3、,China)Abstract:Amicromechanicsbasedmodelofbridgingfiberswasestablishedtostudytheeffectsofinterfaceonthetensilemodulusandstrengthofthefiberreinforcedceramicmatrixcomposites.Thecoefficientsoffiberstressuniformityandinterfacedebondingratewereintroducedtocharacterizethepropertyoftheinterfacew
4、ithcompletedebondingandpartialdebonding,respectively.Theresultindicatesthatthehigherthecoefficients,thelowerthemoduluswhilethehigherthestresscarriedbythefiberswhenthecompositesfracture.Basedontheruleofmixtures,anewstrengthcalculationmodelwaspresented.Theeffectsofmatrixcrackdistribution,int
5、erfacedebondingandfiberpulloutonthetensilestrengthwerediscussed.Theresultspredictedbythemodelareingoodagreementwiththeexperimentaldata.Keywords:ceramicmatrixcomposites;interfacedebonding;micromechanics;crackdistribution;tensilestrength[4]陶瓷基復(fù)合材料作為新一代高性能耐高溫結(jié)構(gòu)以減緩纖維應(yīng)力集中,偏轉(zhuǎn)基體裂紋擴(kuò)展路徑,材料,在航空航天領(lǐng)域具
6、有廣闊的應(yīng)用前景。然避免裂紋沿某一橫截面擴(kuò)展,并阻止應(yīng)力和能量在而,由于其固有的脆性,陶瓷材料在外載作用下極材料局部集中,使得材料韌性增加,不發(fā)生災(zāi)難性易發(fā)生脆性斷裂。為了改善材料的韌性,不僅要使破壞。然而,基體裂紋的擴(kuò)展也具有一定的隨機(jī)用高強(qiáng)纖維,還需要在纖維與基體之間增加界面性,與材料的初始缺陷有關(guān)?；w裂紋的連通會導(dǎo)相,從而引入裂紋橋聯(lián)、裂紋偏轉(zhuǎn)、纖維脫粘滑移致裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展,最終造成材料的斷裂失效。[1]等增韌機(jī)制。界面對陶瓷基復(fù)合材料拉伸性能的影響在20纖維與基體之間的熱解碳界面層對于陶瓷基復(fù)世紀(jì)就是研究熱點,因此,這方面的文獻(xiàn)報道較合材料是至關(guān)重要的。大量拉伸
7、試驗均表明,強(qiáng)界多,但主要成果是基于統(tǒng)計強(qiáng)度理論和剪滯理論建面材料模量高而強(qiáng)度低,斷裂應(yīng)變較小,斷口整立起來的細(xì)觀力學(xué)模型,其中包括模量和強(qiáng)度的計[527][8]齊;弱界面材料模量低而強(qiáng)度高,斷裂應(yīng)變較大,算模型。值得指出的是,Kagawa等人基于界[223]纖維拔出較長,可見,界面可以起到增強(qiáng)和增韌面應(yīng)力傳遞原理,對混合率公式進(jìn)行變換,得出了的效果,這得益于弱界面的脫粘作用。界面脫粘可單向復(fù)合材料縱向拉伸強(qiáng)度的計算表達(dá)式,而且取收稿日期:2009206215;收修改稿日期:2009210220基金項目:國家自然科
