拉伸载荷下针刺C/SiC螺栓连接失效模式的细观力学模拟

摘要

陶瓷基复合材料(CMC)在航空航天领域应用广泛，其必要的机械连接结构最为薄弱。在常用的螺纹连接中，CMC螺栓因承受预紧力带来的拉伸载荷，最易失效。提出一种预测针刺C/SiC螺栓失效模式的细观力学方法。建立由0°/90°单向纤维层、网胎层和针刺纤维束组成的螺栓的细观几何模型；建立这些组分的本构模型、失效准则和退化模型，并在此基础上进行渐进损伤分析(PDA);预测螺栓的极限断裂载荷与损伤演变过程。失效单元的分布表明，C/SiC螺栓的宏观失效模式是螺纹牙断裂。在细观尺度上，单向层和针刺纤维束的剪切破坏引起了螺纹牙断裂。为验证建立的细观力学模型，对C/SiC螺栓进行拉伸试验，试验结果与预测结果一致。

关键词

C/SiC螺栓连接 / 失效模式 / 细观力学 / 陶瓷基复合材料 / 渐进损伤分析

基金资助

国家自然科学基金(52202098)