含随机分布弧形微裂纹陶瓷复合材料的强度预报

针对颗粒性陶瓷复合材料内存在大量界面弧形微裂纹现象,通过考虑夹杂与微裂纹的相互作用,利用二相胞元法推导出夹杂与微裂纹共同作用引起的扰动应变和本征应变。根据微裂纹的本征应变确定了复合材料自由能的变化,进而计算出弧形微裂纹的能量释放率,由材料的破坏条件可获得不同外载条件下的强度。结果表明:复合材料的强度与第二相颗粒的尺寸和内界面脱粘区域有关,颗粒直径越小,强度越高;界面脱粘微裂纹角度越小,强度越高;而微裂纹的分布形态和体积分数对复合材料的强度影响很小。

含弧形微裂纹相变复合陶瓷增韧分析

弧形微裂纹是复合陶瓷内的常见现象,含少量弧形微裂纹复合陶瓷比无裂纹复合陶瓷的韧性更好,而粒子相变能够提高陶瓷的断裂韧性已经得到普遍承认.本文考虑粒子相变与弧形微裂纹的联合效应,建立含弧形微裂纹相变复合陶瓷的混合型裂纹增韧模型.首先应用压力敏感准则和应变能释放率断裂准则,对含弧形微裂纹复合陶瓷的增韧效应进行了理论预测;然后采用权函数法推导出混合型裂纹的增韧结果,分别给出了静止裂纹和稳态扩展裂纹相变塑性屏蔽的理论表达式;最后根据相变区域与弧形微裂纹相之间的关系,分析增韧结果的尺度效应.结果表明:相变对静止裂纹无增韧作用;相变对稳态扩展裂纹的增韧结果除与材料弹性模量、相变尾区高度和相变粒子的体积分数有关外,还与复合陶瓷的颗粒直径和弧形微裂纹的体积分数有关.

含界面微裂纹颗粒增强复合材料的有限元分析

界面弧形微裂纹是复合材料在制备和加工过程中产生的一种细观损伤,这种现象普遍存在,不可避免。根据细观力学方法,将陶瓷颗粒、弧形裂纹和基体壳简化为椭球三相胞元置于有效介质氛围中;假设复合材料受单轴拉伸应力作用,基于有效自洽方法对复合材料基体中局部应力应变场进行分析;并应用ANSYS有限元软件对含界面微裂纹复合材料进行单轴拉伸行为模拟,得到与实际情况相符的数值结果。