《紡織陶瓷基複合材料結構熱-力學行為多尺度模型研究》是依託上海交通大學，由張大旭擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：紡織陶瓷基複合材料結構熱-力學行為多尺度模型研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張大旭
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬採用多尺度模型與方法，即微觀尺度的物理解析法、細觀尺度的雙組元單胞模型及巨觀尺度的雙組元整體結構模型，考慮紡織陶瓷基複合材料(CMCs)應變損傷引起的材料非線性，考慮纖維束不規則分布的影響，以一種C/C-SiC平紋複合材料為具體對象，探索①紡織CMCs材料的力學、熱傳導及熱力耦合行為；②應變損傷對紡織CMCs材料熱-力學行為的影響；③紡織CMCs開孔件和圓管結構的力學、熱傳導及熱力耦合行為；④纖維束不規則分布對紡織CMCs開孔件和圓管結構熱-力學行為的影響。開展常溫和高溫(1300 C)下狗骨與開孔試件單向拉伸試驗，結合已有試驗數據，對模型預測結果進行驗證。研究工作將為分析紡織CMCs結構提供高效計算方法，對揭示紡織CMCs材料與結構熱-力學行，對闡明纖維束不規則分布的影響規律有重要意義，研究結果可為合理設計紡織CMCs結構提供科學依據。
結題摘要
紡織陶瓷基複合材料（CMCs）輕質、高強、耐高溫，而且克服了傳統層合CMCs脆性大、易分層、開裂敏感和損傷擴展快等缺點。通過先進紡織技術，可以實現對巨觀結構或部件進行整體製作。目前，紡織陶瓷基複合材料已成為火箭噴管、航空發動機、熱防護系統等高溫部件的理想選材。 本項目針對紡織陶瓷基複合材料細觀組織結構複雜、纖維束分布不規則、基體存在大量缺陷等問題，提出了基於有限元方法的非線性雙組元模型；發展了基於隨機分布理論的纖維束模型，揭示了纖維束不規則分布對複合材料熱力學行為的影響；建立了基於域分解方法的非線性單胞模型，揭示了損傷演變對材料拉伸性能的影響；建立了非線性有限元模型預測開孔平紋陶瓷基複合材料拉伸應力應變回響；開展了單軸拉伸試驗驗證數值分析結果的正確性。本項目按照進度計畫主要完成了以下研究工作：（1）基於非線性雙組元模型的平紋陶瓷基複合材料拉伸熱力學行為；（2）基於隨機分布的纖維束不規則分布雙組元多尺度分析模型；（3）基於域分解法的平紋陶瓷基複合材料拉伸性能及損傷分析；（4）開孔平紋陶瓷基複合材料拉伸性能預測；（5）紡織複合材料單軸拉伸試驗。取得了預期的研究成果，已發表與本項目相關的國內外學術論文10篇，其中本領域內SCI收錄高水平學術期刊論文2篇，編寫結題報告期間3篇SCI論文正在外審。授權發明專利3項，計算機軟體著作權登記1項。培養博士研究生2人，碩士研究生4人。 理論與技術成果可用來預測陶瓷基複合材料的損傷演變與破壞過程，為分析和評估其熱力學性能提供了有效手段。研究成果為合理設計紡織CMCs結構部件奠定理論基礎，對分析和設計航空發動機、火箭發動機，剎車制動系統，以及高超音速飛行器的耐高溫陶瓷基複合材料部件具有重要的理論意義和工程套用價值。
