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超高温陶瓷复合材料动态劈拉力学性能研究

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目录

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1陶瓷材料静态力学性能研究

1.2.2脆性材料动态拉伸力学性能理论研究

1.2.3脆性材料动态劈拉力学性能试验研究

1.2.4脆性材料数值模拟研究

1.3 本文主要研究内容、创新点及研究路线

1.3.1主要研究内容

1.3.2本文创新点

1.3.3主要研究路线

第二章 动态劈拉测试方法及试验准备

2.1动态劈拉测试方法简介

2.1.1试验设备发展历程

2.1.2 试验原理

2.1.3 试验流程

2.2 试验方案

2.2.1试样制备

2.2.2试验装置

2.2.3测定方法

2.3 本章小结

第三章 超高温陶瓷复合材料动态劈拉力学

3.1引言

3.2试验结果分析

3.3应变率效应

3.4加载速率对劈拉强度影响

3.5破坏形貌分析

3.6本章小结

第四章 超高温陶瓷复合材料动态劈拉数

4.1引言

4.2 LS-DYNA简介

4.2.1 LS-DYNA 发展历程

4.2.2 ANSYS/LS-DYNA分析流程

4.3 超高温陶瓷动态劈拉性能有限元分析

4.3.1JH-2本构关系模型

4.3.2 有限元模型建立及参数设定

4.3.3 JH-2模型有限元预报结果

4.3.4 JH-2修正模型有限元预报结果

4.4 本章小结

第五章 超高温陶瓷动态劈拉破坏过程分析

5.1高速摄影分析测量系统

5.2高速摄影材料破坏过程

5.3 模拟中应力波传播及试件破坏过程

5.4模拟试验破坏结果对比

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录:攻读硕士学位期间发表的论文及参加科研情况

一、发表及录用的学术论文

二、参加的科研项目

声明

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摘要

超高温陶瓷复合材料具有耐高温、密度低等优良特性,主要用于飞行器鼻锥、翼前缘等关键部位。严峻的服役环境要求材料要通过“高温”、“高速”两大关的“考验”。与材料的静态力学行为相比,冲击荷载作用下超高温陶瓷复合材料动态力学行为更为复杂,该方面的研究成果较少,其动态破坏机理与过程分析研究还不够成熟,因此,超高温陶瓷复合材料动态劈拉力学行为研究具有重要的科学意义。本文正是基于上述背景,以ZrB2-SiC材料为研究对象,采用试验测试与数值模拟相结合的手段,开展该材料动态劈拉强度测试、动态本构模型修正与预报及破坏机理分析方面的研究工作,为高温、高速环境下超高温陶瓷复合材料的应用奠定基础。 首先,开展超高温陶瓷复合材料动态劈拉力学性能的测试工作,并证试验方法的有效性,在此基础上研究超高温陶瓷复合材料动态劈拉力学特性,包括超高温陶瓷复合材料动态劈拉强度测试、动态应力随时间的变化规律及破坏模式与机理分析。结果表明随着应变率与加载速率的增加,该材料的动态劈拉强度逐渐增大,应力峰值不断升高,试件破坏碎片尺寸越来越小,碎片数量越来越多。 其次,利用LS-DYNA有限元软件,基于试验结果,对JH-2本构模型进行修正,实现该材料动态劈拉力学性能及破坏过程的数值模拟,预测超高温陶瓷复合材料的动态劈拉力学行为。结果显示JH-2修正模型可以较好地预报该材料的动态劈拉强度随应变率的变化趋势以及动态应力随时间的变化规律。 最后,通过不同应变率下材料的破坏形貌以及莱卡扫描技术进行观测,析应变率对试件破坏模式的影响规律,揭示超高温陶瓷动态劈拉的破坏机理;并提取JH-2修正模型数值模拟结果中的应力云图,分析应力波传播规律及相应的破坏模式,与高速摄影机采集的破坏过程进行对比,结果表明本文中的数值预报结果与试验结果吻合较好,进一步验证了JH-2修正模型的可靠性。

著录项

  • 作者

    张玉霞;

  • 作者单位

    贵州大学;

  • 授予单位 贵州大学;
  • 学科 建筑与土木工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 孔德文;
  • 年度 2019
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    超高温; 陶瓷复合材料; 动态; 力学;

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