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1、2.5D-C/SiC陶瓷基復(fù)合材料的拉伸損傷特性常巖軍矯桂瓊陶永強(qiáng)王波西北工業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木建筑學(xué)院,西安710072E-mail:yanjun_chang@126.com摘要：通過(guò)2.5D-C/SiC陶瓷基復(fù)合材料的面內(nèi)拉伸試驗(yàn)，研究了材料在拉伸載荷作用下的基本力學(xué)性能和損傷演化過(guò)程。結(jié)果表明，面內(nèi)拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線呈非線性，拉伸曲線基本由三段折線組成，對(duì)應(yīng)著三個(gè)切線模量。第一階段為初始損傷階段，主要損傷機(jī)制為材料原始微裂紋的擴(kuò)展；第二階段為損傷加速階段，主要損傷機(jī)制為微裂紋的萌生和擴(kuò)展；第三階段為損傷減緩階段，主要損傷機(jī)制為微裂紋的偏轉(zhuǎn)和界面脫粘。通過(guò)加卸載試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)材料沿縱向和橫
2、向的拉伸損傷過(guò)程基本相同。關(guān)鍵詞：陶瓷基復(fù)合材料；2.5D-C/SiC；損傷演化；拉伸性能Damageprocessof2.5-C/SiCcompositeundertensileloadingCHANGYanjun,JIAOGuiqiong,TAOYongqiang,WANGBo(SchoolofMechanicsandCivilConstructionNorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'an710072,China)Abstract:Thetensileexperimentfor2.5D-C/SiCceramicmatrixcomposite
3、swaspreformed,andmechanicalbehavioranddamageprocessof2.5D-C/SiCundertensileloadingwereinvestigated.Experimentshowsthattensilestress-straincurveisnonlinearandapproximatelyconsistsof3foldlinescorrespondingtothreespecifictangentialmoduli.Thedamageprocessincludesthreestages:thefirstisinitialdamagesta
4、geinwhichtheinitialmicro-cracksofcompositecracking;thesecondisacceleratingstagethatnewmicro-cracksappearsandopens;thelastisdeceleratingstagethatthedeflectionofmicro-cracksanddebondingoffiber/matrixinterfacearemajordamagemechanisms.Basedontheanalysisoftensilecycleloadingexperiment,itwasdemonstrate
5、dthatthedamageprocessoflongitudinaltensileandtransversetensileissimilar.Keywords:ceramicmatrixcomposites;2.5D-C/SiC;damageevolution;tensileproperty連續(xù)纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料(CMC-SiC)是目前研究最多、應(yīng)用最成功和最廣泛的陶瓷基復(fù)合材料，是航空航天等高科技領(lǐng)域發(fā)展不可缺少的材料[1]。與二維和三維CMC-SiC相比，2.5D-C/SiC復(fù)合材料由于其特殊的編織結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出更好的層間性能和剪切性能，而且可以針對(duì)不同的應(yīng)用要求對(duì)材料的各
6、向異性性能進(jìn)行設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)外對(duì)CMC-SiC的力學(xué)行為的研究頗為重視，進(jìn)行了較多的實(shí)驗(yàn)和損傷演化研究，其典型的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以分成三個(gè)階段[2-7]。文獻(xiàn)[8,9]分別對(duì)2.5D-C/SiC的拉伸和剪切性能進(jìn)行了分析，認(rèn)為材料的損傷基本可以分為三個(gè)區(qū)域。通過(guò)簡(jiǎn)單載荷力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，研究材料在單一載荷作用下的宏觀力學(xué)行為，可為宏觀表征材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的力學(xué)性能奠定必要的基礎(chǔ)。由于2.5D-C/SiC結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且存在原始損傷，屬于典型的非均質(zhì)多組分材料，材料的損傷過(guò)程比較復(fù)雜，因此有必要對(duì)材料的損傷機(jī)制和損傷演化規(guī)律進(jìn)行研究。本文通過(guò)單向拉伸和拉伸加卸載試驗(yàn)對(duì)2.5D-C/SiC拉伸應(yīng)
7、力-應(yīng)變曲線的三個(gè)切線模量進(jìn)行了分析，研究了三個(gè)損傷階段的損傷機(jī)制，并分析了材料的損傷演化過(guò)程。1試驗(yàn)方法試驗(yàn)用2.5D-C/SiC復(fù)合材料由日本東麗公司T3003k碳纖維織成2.5D預(yù)制體，用等溫減壓化學(xué)氣相滲透(ILCVI)技術(shù)制備2.5D-C/SiC復(fù)合材料。材料的纖維體積含量為40%~45%，排水法測(cè)得的孔隙體積含量為16.5%~18%，密度為1.9~2.0g/cm3。圖1拉伸試件的形狀及幾何尺寸分別沿材料機(jī)織的經(jīng)向和緯向切
