SiC/SiC复合材料切割方法对比研究

分别采用纳秒激光、毫秒激光、磨料水射流、线切割及金刚石线锯等方法对熔融渗硅工艺制备的SiC/SiC复合材料进行切割,比较了不同方法的切割效率、表面粗糙度、加工锥度及切割面的形貌特征。研究结果表明,毫秒激光加工效率最高,可达121.2 mm/min;纳秒激光切割时激光入口处与出口处存在明显不同的形貌;磨料水射流加工切割锥角最大,为10.6°;线切割表面存在12μm左右的热影响区;金刚石线锯切割的表面粗糙度最小,Ra为0.32μm。

基于数字图像相关的复合材料层间剪切力学性能参数测试方法

短梁剪切(short beam shear,SBS)实验结合数字图像相关技术(digital image correlation,DIC)可实现快速识别单向纤维增强树脂基复合材料的多力学性能参数,而且能够获得复合材料单向应力状态下完整的层间剪切应力-应变行为和层间剪切强度,这对建立厚截面复合材料三维应力状态的强度准则至关重要。为研究实验设计对材料层间剪切力学参数识别精度的影响,本研究首次发展了由四台CCD相机组成的两套立体数字图像相关系统,实测SBS实验加载过程中试样前后表面标距区内应变分布情况。结果表明:由于实验夹具工装配合中存在螺纹间隙,工装刚度不足,试样前后表面剪切应变分布不对称,相对偏差可达44%。一方面提出针对试样前后表面剪切应变非对称性分布、材料剪切力学性能参数识别的新方法,通过采用DIC技术和有限元模型修正技术(finite element model updating,FEMU),将试样前、后表面标距区的实测平均剪切应变和有限元模型相应位置处计算应变数据的方差作为目标函数进行本构参数和偏轴角度的识别,可获得材料完整的非线性剪切本构参数,且识别过程对初始参数不敏感;另一方面通过改进实验夹具提高工装刚度,消除非对称性剪切应变分布现象,准确地识别得到了单向层合板完整的层间剪切应力-应变本构关系参数。