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Fatigue Life Prediction of Fiber-Reinforced Ceramic-Matrix Composites with Different Fiber Preforms at Room and Elevated Temperatures

机译：室温和高温下不同纤维预制件的纤维增强陶瓷基复合材料的疲劳寿命预测

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摘要

In this paper, the fatigue life of fiber-reinforced ceramic-matrix composites (CMCs) with different fiber preforms, i.e., unidirectional, cross-ply, 2D (two dimensional), 2.5D and 3D CMCs at room and elevated temperatures in air and oxidative environments, has been predicted using the micromechanics approach. An effective coefficient of the fiber volume fraction along the loading direction (ECFL) was introduced to describe the fiber architecture of preforms. The statistical matrix multicracking model and fracture mechanics interface debonding criterion were used to determine the matrix crack spacing and interface debonded length. Under cyclic fatigue loading, the fiber broken fraction was determined by combining the interface wear model and fiber statistical failure model at room temperature, and interface/fiber oxidation model, interface wear model and fiber statistical failure model at elevated temperatures, based on the assumption that the fiber strength is subjected to two-parameter Weibull distribution and the load carried by broken and intact fibers satisfies the Global Load Sharing (GLS) criterion. When the broken fiber fraction approaches the critical value, the composites fatigue fracture.
机译：在本文中，具有不同纤维预成型件的纤维增强陶瓷基复合材料（CMC）的疲劳寿命，即室温和空气中以及高温下的单向，交叉，二维（二维），2.5D和3D CMC的疲劳寿命。氧化环境，已使用微力学方法进行了预测。介绍了沿加载方向（ECFL）的纤维体积分数的有效系数，以描述预成型坯的纤维结构。利用统计矩阵的多裂纹模型和断裂力学的界面剥离标准，确定了基质的裂纹间距和界面剥离长度。在循环疲劳载荷下，基于以下假设，通过组合室温下的界面磨损模型和纤维统计失效模型，以及高温下的界面/纤维氧化模型，界面磨损模型和纤维统计失效模型，来确定纤维断裂分数。纤维强度受到两参数威布尔分布的影响，断裂的纤维和完整的纤维所承受的载荷满足全球载荷分担（GLS）准则。当断裂的纤维分数接近临界值时，复合材料疲劳断裂。

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