高温环境下2.5D针刺C/SiC复合材料失效机理及多尺度失效分析方法研究

陈亮; 孟琳书; 张音旋; 王广帅; 曹奇凯; 赵铭卓; 吴涛; 高希光; 宋迎东

doi:10.13957/j.cnki.tcxb.2025.01.012

陶瓷学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (01) : 139 -149. DOI: 10.13957/j.cnki.tcxb.2025.01.012

高温环境下2.5D针刺C/SiC复合材料失效机理及多尺度失效分析方法研究

陈亮, 孟琳书, 张音旋, 王广帅, 曹奇凯, 赵铭卓, 吴涛, 高希光, 宋迎东

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摘要

针对2.5D针刺C/SiC复合材料的失效破坏进行了试验和仿真计算研究。开展了室温、500℃、1000℃无氧环境下0°层、网胎层材料的拉伸、压缩破坏试验以及2.5D针刺C/SiC复合材料的拉伸、压缩和弯曲破坏试验，并利用电子显微镜对试验件断口进行观察，分析了2.5D针刺C/SiC复合材料在不同温度下的损伤模式和失效机理。基于试验数据与观察结果，建立了通过单一铺层性能参数获取宏观针刺元件力学性能的方法，并依据多尺度理论和渐进损伤方法，借助Abaqus子程序二次开发进行了针刺C/SiC复合材料强度仿真分析。仿真预测的应力分布、失效模式与试验结果吻合较好，采用最大应变准则的强度预测精度可达94.7%，验证了分析方法在室温与高温环境下的准确性。