碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料的疲劳行为模拟分析

作     者：孙朝旭 任泽涛 宋广平 高进 秦可斌 范皓隆 郑永挺 赫晓东 柏跃磊 

作者机构：哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术国家级重点实验室/复合材料与结构研究所 湖北航天飞行器研究所 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2024年第41卷第9期

页      面：4863-4874页

核心收录：

学科分类：0202[经济学-应用经济学] 1202[管理学-工商管理] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51972080)~~ 

主　　题：SiCf/SiC 渐进损伤理论 疲劳迟滞模型 疲劳敏感因子 疲劳机制 

摘      要：连续碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料（SiC_f/SiC）因其轻质、耐高温和高损伤容限的优点而成为下一代航空发动机的重要热结构材料。然而，疲劳实验周期长、成本高的缺点严重制约了对复杂细观结构SiC_f/SiC的深入理解及其工程应用。为充分发挥SiC_f/SiC的优势与可调性，实现对结构载荷响应预测并进行优化设计，本文采用疲劳迟滞模型和渐进损伤理论分别对单向、正交和二维编织SiC_f/SiC的疲劳寿命曲线进行了分析。通过对界面剪应力（±20%）、纤维强度（±5%）、纤维威布尔模量（±1%）和纤维体积分数（±5%）进行偏值处理实现了对SiC_f/SiC疲劳寿命的敏感性评价，得到的疲劳寿命曲线上下限能够包络主要实验结果。根据上述分析结果，验证了以损伤参数控制危险估计和保守估计的疲劳寿命曲线拟合方法，并以SiC_f/SiC涡轮叶片模拟结构为例现实了该方法用于实际工程评价分析的可行性。