界面层对C/SiC复合材料热残余应力影响的模拟及分析

针对平纹编织C/Si C复合材料的C纤维束,通过对其扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)照片的测量,考虑纤维排布以及选择合适的界面模型,建立了包含界面层的三维三相的代表特征体元(Representative volume element,RVE)的有限元模型。采用间接耦合的降温法,在考虑温度对组分弹性常数的影响以及施加合适的周期性边界条件的基础上模拟了C纤维束轴向的热残余应力。分析可知,对于Si C基体的热残余应力,其随着界面层厚度的减小而增大,随着界面层模量的增大而增大。引入一维应力分布轴,将振荡幅值作为选择最佳参数的一个条件,据此可知选用热膨胀系数小的界面层材料可更好的降低组分间热残余应力变化的梯度。

平纹编织C/SiC复合材料精细RVE的建立

通过对平纹编织C/SiC复合材料经向和纬向截面的扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)照片的精确测量,获取了纤维束的几何参数和波动曲线,以四参数正弦函数为拟合函数,得到了纤维束纵、横截面的参数化曲线方程。并通过建立的代表特征体元(representative volume element,RVE)得到纤维体积含量的计算值与试验测定值相比较,来检验模型的精确性。以MSC.PATRAN为平台,采用六面体单元进行分网,得到了RVE的三维有限元模型。通过在RVE模型中预制孔洞的方法,计算了平纹编织C/SiC复合材料的有效弹性模量,其中轴向拉伸模量与轴向剪切模量的计算值与试验值吻合较好,其它3个有效弹性模量还有待试验值的检验。