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2d-c/sic复合材料的氧化损伤及刚度模型

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复合材料学报 2009年第3期26卷 175-181页

作者：杨成鹏矫桂琼王波杜龙西北工业大学工程力学系西安710129

采用不同界面强度的2种2d-c/sic试件,在空气环境中进行700℃无应力氧化试验。通过扫描电镜(SEM)分析发现:材料表面的氧化机制为反应控制,纤维均匀变细;内部的氧化机制为扩散控制,被氧化的纤维产生了缺口或者局部缩颈现象。纤维氧化使有... 详细信息

采用不同界面强度的2种2d-c/sic试件,在空气环境中进行700℃无应力氧化试验。通过扫描电镜(SEM)分析发现:材料表面的氧化机制为反应控制,纤维均匀变细;内部的氧化机制为扩散控制,被氧化的纤维产生了缺口或者局部缩颈现象。纤维氧化使有效承载面积减小,导致材料的模量和强度下降。强界面材料模量高而强度低,断口整齐;弱界面材料模量低而强度高,纤维拔出较长。基于以上SEM分析结果,建立了细观力学模型,对起始模量进行模拟计算,获得了与试验值比较吻合的结果。

关键词： 2d-c/sic 界面模量氧化机制细观力学

分形维数和弹性模量衰减表征2d-c/sic的拉伸蠕变损伤

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新型炭材料 2006年第4期21卷 321-325页

作者：吴小军乔生儒侯军涛韩栋李玫西北工业大学超高温结构复合材料实验室陕西西安710072

真空条件对2d—c／sic复合材料在1300℃和1500℃进行了高温拉伸蠕变试验，蠕变进行到0、0．5h、2h、10h、25h、50h中断试验，用SEM观察表面形貌，用盒维数法计算试样表面裂纹的分形维数；同时测量试样的弹性模量。结果表明，由于2d—c／... 详细信息

真空条件对2d—c／sic复合材料在1300℃和1500℃进行了高温拉伸蠕变试验，蠕变进行到0、0．5h、2h、10h、25h、50h中断试验，用SEM观察表面形貌，用盒维数法计算试样表面裂纹的分形维数；同时测量试样的弹性模量。结果表明，由于2d—c／sic特有的蠕变损伤形式，所形成的损伤尺度都较短，其分形维数介于0～1之间。用分形维数和弹性模量衰减都可表征2d—c／sic的蠕变损伤，两种损伤参量所描述的蠕变损伤总的发展趋势基本一致，即蠕变开始阶段损伤发展较快，随后进入缓慢发展的第二阶段。在第二阶段中，分形维数表征的损伤持续单调增加；而用弹性模量衰减表征的损伤在该阶段出现先下降随后升高的现象。以基体裂纹为主要损伤形式的条件下。分形维数主要反映蠕变试样局部的损伤，而弹性模量衰减反映的是蠕变试样整体的损伤。

关键词： 2d-c/sic 拉伸蠕变损伤分形维数弹性模量

强噪声载荷下2d-c/sic复合材料平板失效机理

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新型炭材料 2019年第4期34卷 373-381页

作者：栾新刚尹良宣陈禹同陈博成来飞李海波吴振强西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076

2d-c/sic复合材料壁板结构是高超声速飞行器热防护系统的发展方向,高超声速飞行器面临着严酷的力、热、噪声等复杂环境对结构材料性能、结构动力学特性、自动控制等都产生了严重影响。基于自行研制的热噪声试验系统,选取c/sic薄壁结构... 详细信息

2d-c/sic复合材料壁板结构是高超声速飞行器热防护系统的发展方向,高超声速飞行器面临着严酷的力、热、噪声等复杂环境对结构材料性能、结构动力学特性、自动控制等都产生了严重影响。基于自行研制的热噪声试验系统,选取c/sic薄壁结构试验件,开展噪声为156~165dB的噪声试验,试验后通过红外热成像检测观察整体形貌,采用SEM对裂纹的起始位置和扩展位置的断面进行分析,揭示出强噪声激励下2d-c/sic平板的失效机理。

关键词：强噪声载荷 2d-c/sic 陶瓷基复合材料薄壁结构失效机理

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2d-c/sic缺口试样的拉伸行为

宇航材料工艺 2006年第5期36卷 44-49页

作者：侯军涛乔生儒韩栋吴小军李玫西北工业大学超高温结构复合材料实验室西安710072

研究了具有双边对称圆弧缺口(试样厚3 mm宽4 mm,缺口半径2 mm,缺口深0.6 mm)的二维正交编织c/sic试样在室温空气中与高温真空下拉伸行;测量了拉伸过程中的应力、应变、初始模量和电阻;并用SEM观察断口。结果表明,2d-c/sic材料除室温下... 详细信息

研究了具有双边对称圆弧缺口(试样厚3 mm宽4 mm,缺口半径2 mm,缺口深0.6 mm)的二维正交编织c/sic试样在室温空气中与高温真空下拉伸行;测量了拉伸过程中的应力、应变、初始模量和电阻;并用SEM观察断口。结果表明,2d-c/sic材料除室温下缺口试样的拉伸强度低于光滑试样外,高温下两者基本相当,两者都随温度的升高变化也基本一致。高温下缺口试样拉伸强度与光滑试样相当说明,该材料对应力集中不敏感;室温时对应力集中敏感。缺口试样的断裂应变要远小于光滑试样的断裂应变。2d-c/sic材料缺口试样基体裂纹开裂应力随着试验温度的上升逐渐增加。缺口试样的相当模量高于同一温度下光滑试样的弹性模量,两者都随着试验温度上升而增加,在1 100℃达最大值,然后开始下降。电阻表征的损伤大体上随载荷增加而增加,1 300℃和1 500℃条件下,较小载荷范围内有下降现象。从室温到1 500℃,所有断口中与载荷方向垂直的纤维束断裂面平整,平行于载荷方向的纤维束断面参差不齐。2d-c/sic复合材料总体上仍属于脆性断裂,局部上有纤维或纤维束内小的纤维集团拔出,吸收了较多的能量,存在增韧机制。

关键词：缺口 2d-c/sic 高温拉伸电阻损伤

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2d-c/sic缺口试样的拉-拉疲劳损伤

材料导报 2005年第11期19卷 140-143页

作者：侯军涛乔生儒韩栋吴小军李玫西北工业大学超高温结构复合材料实验室西安710072

研究了二维正交编织c/sic双边对称圆弧缺口试样室温和高温真空的拉拉疲劳行为,正弦波疲劳应力比R=0.1,频率60Hz,循环基数106次.循环到规定周次停机,测量试样的共振频率、电阻,并进行SEM观察.结果表明,2d-c/sic复合材料缺口试样拉-拉疲劳... 详细信息

研究了二维正交编织c/sic双边对称圆弧缺口试样室温和高温真空的拉拉疲劳行为,正弦波疲劳应力比R=0.1,频率60Hz,循环基数106次.循环到规定周次停机,测量试样的共振频率、电阻,并进行SEM观察.结果表明,2d-c/sic复合材料缺口试样拉-拉疲劳的S-N曲线非常平坦,其疲劳极限是同温度下缺口试样拉伸强度的80%～90%,光滑试样和缺口试样的疲劳极限比值与理论应力集中系数基本相同.缺口试样在疲劳过程中,电阻表征损伤与模量表征损伤的规律基本一致.在疲劳试验初期阶段,缺口附近损伤发展很快,主要表现为产生大量与加载方向垂直的裂纹,随着疲劳次数的增加,损伤发展减缓,但损伤形式逐渐增多,缺口附近与加载方向垂直的裂纹数量明显多于平行加载方向的裂纹数.讨论了电阻表征损伤和模量表征损伤之间的关系.

关键词：缺口 2d-c/sic 拉-拉疲劳损伤电阻共振频率

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2d-c/sic缺口试样的拉伸及蠕变行为

2D-C/SiC缺口试样的拉伸及蠕变行为

作者：吴小军西北工业大学

学位级别：硕士

2d-c/sic复合材料是一种新型的超高温结构材料,在航天航空等领域具有广阔的应用前景。文献中对其光滑试件的拉伸及拉伸蠕变性能的研究比较多,而对其缺口试件的拉伸及拉伸蠕变性能的研究至今鲜见报道,给工程设计、应用带来了很大的困难... 详细信息

2d-c/sic复合材料是一种新型的超高温结构材料,在航天航空等领域具有广阔的应用前景。文献中对其光滑试件的拉伸及拉伸蠕变性能的研究比较多,而对其缺口试件的拉伸及拉伸蠕变性能的研究至今鲜见报道,给工程设计、应用带来了很大的困难。本文研究了2d-c/sic双边圆弧缺口试样的拉伸及拉伸蠕变性能。试样缺口圆弧半径为2mm,缺口深度为0.5mm。在室温至1500℃范围内真空下进行了拉伸试验,在1100℃、1300℃和1500℃真空下进行了拉伸蠕变试验。用有限元法模拟了2d-c/sic缺口试件应力场的分布,并计算了其应力集中系数。用电阻法研究了拉伸过程的损伤。在蠕变的0h、0.5h、2h、10h、25h、50h中断试验,测量了试样的共振频率,同时用SEM检测了表面基体裂纹。分别用电阻法、弹性模量法、分形维数法表征了带缺口2d-c/sic在蠕变过程中的损伤。通过研究本文获得如下主要结果: 有限元法计算得出本文2d-c/sic双边圆弧缺口试样的应力集中系数为1.53。在高温(900℃—1500℃)下,2d-c/sic抗拉强度与缺口强度的比值介于1～1.53之间,即在本文试样缺口几何尺寸条件下,2d-c/sic具有一定的缺口敏感性,不是完全缺口塑性材料,也不是完全缺口脆性材料:而在室温下是完全缺口脆性材料。电阻法可以表征2d-c/sic在拉伸过程中的损伤,用电阻的变化率d=△R/R表征的无缺口2d-c/sic的最大损伤值d在4-12%之间即发生断裂,而有缺口2d-c/sic的最大损伤d在0.5%左右时试样断裂。光滑试样是作为一个整体产生损伤,而缺口试样的损伤主要集中在缺口区。 1100℃时,无论应力大小,蠕变都集中在瞬态阶段,稳态蠕变速率几乎为零;1500℃时无缺口试样(名义应力170MPa)和带缺口试样(名义应力95MPa)稳态蠕变速率处于同一个数量级(10/h),100h试验期内没有发现蠕变的第三阶段。温度是影响稳态蠕变速率的主要因素。裂纹数量—时间曲线、裂纹宽度—时间曲线和蠕变曲线极为相似,都分为快速增长和缓慢增长两个阶段。在蠕变开始阶段(0—10h)出现了基体微裂纹的快速增长,其中0—2小时近缺口区的裂纹增长速度大于远离缺口区,而在2—10小时远离缺口区的裂纹增长速度大于近缺口区。说明蠕变过程中应力重新分配。蠕变损伤主要集中在近缺口区,在近缺口区、纤维束编织交叉处最先产生基体微裂纹,在近缺口区的纵向纤维容易断裂。比较了用电阻法、弹性模量法、

关键词： 2d-c/sic 缺口拉伸拉伸蠕变基体微裂纹电阻法弹性模量分形维数损伤

2d-c/sic复合材料面内剪切强度分布研究

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机械工程师 2021年第6期 86-88页

作者：吴亚波王波王新军李辉陈果李丽娟米雪中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213 西北工业大学航空学院西安710129

基于2d-c/sic复合材料面内剪切强度实验数据,以双参数Weibull分布为假设分布模型,采用线性回归法进行参数估计,结合Kolmogorov非参数检验,针对2d-c/sic复合材料面内剪切强度分布规律进行研究。结果表明:2d-c/sic复合材料面内剪切强度服... 详细信息

基于2d-c/sic复合材料面内剪切强度实验数据,以双参数Weibull分布为假设分布模型,采用线性回归法进行参数估计,结合Kolmogorov非参数检验,针对2d-c/sic复合材料面内剪切强度分布规律进行研究。结果表明:2d-c/sic复合材料面内剪切强度服从双参数Weibull分布,利用双参数Weibull分布预测2d-c/sic复合材料面内剪切强度与实验值吻合较好。

关键词： 2d-c/sic 面内剪切强度双参数Weibull分布参数估计假设检验

2d-c/sic在极端高温环境下的动态压缩力学性能测试

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2D-C/SiC在极端高温环境下的动态压缩力学性能测试

cOMPARISON OF FATIGUE ANd cREEP BEHAVIOR BETWEEN 2d ANd 3d-c/sic cOMPOSITES

2018年全国固体力学学术会议

作者：张超索涛张欣玥蒋坤西北工业大学航空学院陕西省冲击动力学及工程应用重点实验室冲击动力学及工程应用国际联合研究中心

本研究提出了一种新的超高温(1600℃)动态力学性能测试方法,在原有分离式Hopkinson压杆的基础上,利用MoSi2为加热源的超高温炉来实现超高温环境,并设计具有耐高温的透明观察窗口,可实现空气和惰性气体氛围的加载环境。利用两个活塞来实... 详细信息

本研究提出了一种新的超高温(1600℃)动态力学性能测试方法,在原有分离式Hopkinson压杆的基础上,利用MoSi2为加热源的超高温炉来实现超高温环境,并设计具有耐高温的透明观察窗口,可实现空气和惰性气体氛围的加载环境。利用两个活塞来实现双同步系统,系统的冷接触时间(杆和试样接触后到入射波到达试样端面之间的时间)通过电路的通断来测量。利用研制的实验平台,在不同温度(室温～1600℃)、不通应变率(10～1000/s)、不同气体氛围下(空气、氩气)下对无涂层2d-c/sic的压缩力学性能进行测试,定量分析材料的力学性能对应变率和温度的耦合依赖规律。在空气环境下,压缩强度随温度的增加先增加,在1000℃达到最大,然后随温度的增加而下降;在氩气环境下压缩强度随温度的增加而一直增大。同时通过高速相机采集不同温度、加载速率下试样动态变形图像,并对试验后的试样进行SEM观察分析其损伤演化规律。

关键词：超高温 Hopkinson杆双同步组装 2d-c/sic 高速摄像 SEM

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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Acta Metallurgica Sinica(English Letters) 2004年第4期17卷 569-574页

作者： d.Han S.R.Qiao M.Li J.T.Hou X.J.Wu Ultra-high-temperature Thermostructural composites Laboratory Northwestern Polytechnical UniversityXi'an 710072 ChinaUltra-high-temperature Thermostructural Composites Laboratory Northwestern Polytechnical UniversityXi'an 710072 ChinaUltra-high-temperature Thermostructural Composites Laboratory Northwestern Polytechnical UniversityXi'an 710072 ChinaUltra-high-temperature Thermostructural Composites Laboratory Northwestern Polytechnical UniversityXi'an 710072 ChinaUltra-high-temperature Thermostructural Composites Laboratory Northwestern Polytechnical UniversityXi'an 710072 China

The differences of tension-tension fatigue and tensile creep characters of 2d-c/sic and 3d-c/sic composites have been scrutinized to meet the engineering needs. Experiments of tension-tension fatigue and tensile creep are carried out under vacuum high temperature condition. All of the high temperature fatigue curves are flat; the fatigue curves of the 2d-c/sic are flatter and even parallel to the horizontal axis. While the tension-tension fatigue limit of the 3d-c/sic is higher than that of the 2d-c/sic, the fiber pullout length of the fatigue fracture surface of the 3d-c/sic is longer than that of the 2d-c/sic, and fracture morphology of the 3d-c/sic is rougher, and pullout length of the fiber tows is longer. At the same time the 3d-c/sic has higher tensile creep resistance. The tensile curve and the tensile creep curve of both materials consist of a series of flat step. These phenomena can be explained by the non-continuity of the damage.

关键词： 2d-c/sic 3d-c/sic vacuum high-temperature tensile creep,fatigue