專利名稱：氧化環(huán)境中單向碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料損傷的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料損傷的檢測方法，特別是涉及一種氧化環(huán)境中單向碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料損傷的檢測方法。
背景技術(shù)：
碳化娃纖維增韌碳化娃陶瓷基復(fù)合材料(Continuous silicon carbidefiberreinforced silicon carbide composites,以下簡稱 SiC/SiC)的耐高溫、低密度、高比強(qiáng)、高比模等優(yōu)異性能，使其成為航空航天領(lǐng)域不可替代的新型高溫結(jié)構(gòu)材料之一，廣泛應(yīng)用于航空、航天發(fā)動機(jī)熱端部件、航空航天往返防熱系統(tǒng)、高速剎車、燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件、高溫氣體過濾和熱交換器等，其工作環(huán)境溫度高，且普遍存在氧化性的介質(zhì)(如氧氣)。SiC/SiC組分材料包括碳化硅纖維、碳界面以及碳化硅基體，由于基體與纖維、界面之間的熱膨脹系數(shù)不匹配，制備后的SiC/SiC的基體上存在許多微裂紋，這些微裂紋會成為氧化介質(zhì)的流動通道，從而導(dǎo)致氧化介質(zhì)進(jìn)入復(fù)合材料內(nèi)部，氧化侵蝕碳界面，造成材料整體性能的退化。因此高溫氧化環(huán)境中服役的SiC/SiC，在承受服役載荷的同時，還要受到氧化介質(zhì)的侵蝕，材料的損傷不僅與服役載荷相關(guān)，還與氧化環(huán)境有著密切聯(lián)系。合理的檢測氧化環(huán)境中SiC/SiC復(fù)合材料的損傷，能夠為材料服役過程中的壽命評估提供重要的理論依據(jù)，并為材料可靠性設(shè)計提供必備的技術(shù)支撐。應(yīng)用于氧化環(huán)境中SiC/SiC復(fù)合材料損傷檢測的技術(shù)主要有以下兩種:文獻(xiàn) 1“R Naslain, J Lamon, R Pailler, et al.Micro/minicomposites:a usefulapproach to the design and development of non-oxide CMCs.Composites:Part A30，1999，537-547”公開了一種通過實驗測試SiC/SiC復(fù)合材料在氧化環(huán)境中受載時的力學(xué)行為并檢測材料損傷的方法，但是材料的制備、測試過程在時間、人力、物力上的大量損耗，限制了實驗方法在材料設(shè)計中的應(yīng)用。文獻(xiàn) 2 ‘ Lara-Curzi0.Analysis of oxidation-assisted stress-ruptureof continuous fiber-reinforced ceramic matrix composites at intermediatetemperature.Composites:Part A30,1999, 549-554”公開了一種通過建立細(xì)觀力學(xué)模型檢測單向SiC/SiC復(fù)合材料損傷的方法，該方法將細(xì)觀力學(xué)方法應(yīng)用于構(gòu)型較為簡單的單向SiC/SiC復(fù)合材料，建立其在氧化環(huán)境中的平均應(yīng)力的細(xì)觀力學(xué)模型，基于材料損傷與平均應(yīng)力之間的經(jīng)驗公式，得到損傷結(jié)果的計算表達(dá)式。然而，細(xì)觀力學(xué)模型僅給出了氧化環(huán)境中的材料平均應(yīng)力的數(shù)據(jù)結(jié)果，因此降低了材料損傷分析的準(zhǔn)確度，另一方面，材料損傷的計算基于經(jīng)驗公式，無法保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。以上現(xiàn)有的技術(shù)中實驗方法成本高、耗時長，細(xì)觀力學(xué)模型精度低，因此無法高效、準(zhǔn)確的檢測氧化環(huán)境中SiC/SiC復(fù)合材料的損傷
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的單向SiC/SiC復(fù)合材料損傷檢測方法精度差的不足，本發(fā)明提供一種氧化環(huán)境中單向碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料損傷的檢測方法。該方法應(yīng)用氧化反應(yīng)動力學(xué)方程計算復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)氧化過程中碳界面被氧化損耗的厚度，建立微結(jié)構(gòu)在不同氧化時刻下的幾何模型；構(gòu)造氧化后微結(jié)構(gòu)的有限元模型，進(jìn)行細(xì)觀應(yīng)力的有限元計算；采用最大應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則來檢測材料的損傷情況。可以提高單向SiC/SiC復(fù)合材料損傷檢測方法損傷分析的準(zhǔn)確度，解決細(xì)觀力學(xué)模型精度低的技術(shù)問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種氧化環(huán)境中單向碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料損傷的檢測方法，其特點是包括以下步驟:(a)氧化環(huán)境中，氧氣與碳界面發(fā)生氧化反應(yīng)的動力學(xué)方程是:
權(quán)利要求
1.一種氧化環(huán)境中單向碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料損傷的檢測方法，其特征在于包括以下步驟: Ca)氧化環(huán)境中，氧氣與碳界面發(fā)生氧化反應(yīng)的動力學(xué)方程是:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧化環(huán)境中單向碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料損傷的檢測方法，用于解決現(xiàn)有的單向SiC/SiC復(fù)合材料損傷檢測方法精度差的技術(shù)問題。技術(shù)方案是應(yīng)用氧化反應(yīng)動力學(xué)方程計算復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)氧化過程中碳界面被氧化損耗的厚度，得到了復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)在不同氧化時刻下的幾何模型；建立氧化后的微結(jié)構(gòu)有限元模型，進(jìn)行細(xì)觀應(yīng)力的有限元計算；采用最大應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則來檢測材料的損傷情況。本發(fā)明從建模到計算的過程簡潔高效，克服了現(xiàn)有的實驗方法成本高、耗時長的缺點；借助于ANSYS強(qiáng)大的有限元分析功能，得到了氧化后復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)內(nèi)的細(xì)觀應(yīng)力，提高了單向SiC/SiC復(fù)合材料損傷檢測方法損傷分析的準(zhǔn)確度，解決了細(xì)觀力學(xué)模型精度低的問題。
文檔編號G06F17/50GK103093063SQ201310052810
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月19日
發(fā)明者許英杰, 張衛(wèi)紅, 張清文, 王駿 申請人:西北工業(yè)大學(xué)