2.5D编织陶瓷基复合材料环境障碍涂层损伤模拟
作者单位：安徽工业大学机械工程学院 南京航空航天大学航空发动机热环境与热结构工信部重点实验室
会议名称：《第二十一届全国复合材料学术会议（NCCM-21)》
会议日期：2020年
学科分类：08[工学] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0825[工学-航空宇航科学与技术]
关 键 词：陶瓷基复合材料 环境障碍涂层 损伤机制 热残余应力 有限元法
摘 要：采用数值模拟方法研究了2.5D编织预制体对陶瓷基复合材料环境障碍涂层损伤机制的影响。基于代表体单元思想,建立了包含涂层的复合材料二维细观有限元模型。模型中采用三角函数描述2.5D编织预制体中经纱的走向。以2.5D编织SiC/SiC复合材料及Si/Mullite/Yb2Si O5涂层为研究对象,首先对涂层制备完成后的冷却过程进行了热力学模拟,然后分别模拟了不同氧化增长层厚度下涂层的热应力,通过对比分析了氧化增长层厚度对涂层损伤的影响机制。结果表明:对于所研究的涂层体系,冷却过程在EBCs的各层中引起了较大的热残余应力;编织结构对EBCs中的应力分布具有显著的影响,2.5D编织CMCs的经纱走向波动较大,使得涂层中应力沿着经纱的波动显著,波动幅度可以达到100MPa;氧化增长层中存在较大的面内应力,利于垂直裂纹的扩展,同时还存在沿厚度方向的应力,可以驱动分层裂纹的扩展。