專利名稱：氧化環境中單向碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料損傷的檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料損傷的檢測方法，特別是涉及一種氧化環境中單向碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料損傷的檢測方法。
背景技術：
碳化娃纖維增韌碳化娃陶瓷基復合材料(Continuous silicon carbidefiberreinforced silicon carbide composites,以下簡稱 SiC/SiC)的耐高溫、低密度、高比強、高比模等優異性能，使其成為航空航天領域不可替代的新型高溫結構材料之一，廣泛應用于航空、航天發動機熱端部件、航空航天往返防熱系統、高速剎車、燃氣輪機熱端部件、高溫氣體過濾和熱交換器等，其工作環境溫度高，且普遍存在氧化性的介質(如氧氣)。SiC/SiC組分材料包括碳化硅纖維、碳界面以及碳化硅基體，由于基體與纖維、界面之間的熱膨脹系數不匹配，制備后的SiC/SiC的基體上存在許多微裂紋，這些微裂紋會成為氧化介質的流動通道，從而導致氧化介質進入復合材料內部，氧化侵蝕碳界面，造成材料整體性能的退化。因此高溫氧化環境中服役的SiC/SiC，在承受服役載荷的同時，還要受到氧化介質的侵蝕，材料的損傷不僅與服役載荷相關，還與氧化環境有著密切聯系。合理的檢測氧化環境中SiC/SiC復合材料的損傷，能夠為材料服役過程中的壽命評估提供重要的理論依據，并為材料可靠性設計提供必備的技術支撐。應用于氧化環境中SiC/SiC復合材料損傷檢測的技術主要有以下兩種:文獻 1“R Naslain, J Lamon, R Pailler, et al.Micro/minicomposites:a usefulapproach to the design and development of non-oxide CMCs.Composites:Part A30，1999，537-547”公開了一種通過實驗測試SiC/SiC復合材料在氧化環境中受載時的力學行為并檢測材料損傷的方法，但是材料的制備、測試過程在時間、人力、物力上的大量損耗，限制了實驗方法在材料設計中的應用。文獻 2 ‘ Lara-Curzi0.Analysis of oxidation-assisted stress-ruptureof continuous fiber-reinforced ceramic matrix composites at intermediatetemperature.Composites:Part A30,1999, 549-554”公開了一種通過建立細觀力學模型檢測單向SiC/SiC復合材料損傷的方法，該方法將細觀力學方法應用于構型較為簡單的單向SiC/SiC復合材料，建立其在氧化環境中的平均應力的細觀力學模型，基于材料損傷與平均應力之間的經驗公式，得到損傷結果的計算表達式。然而，細觀力學模型僅給出了氧化環境中的材料平均應力的數據結果，因此降低了材料損傷分析的準確度，另一方面，材料損傷的計算基于經驗公式，無法保證計算結果的準確性。以上現有的技術中實驗方法成本高、耗時長，細觀力學模型精度低，因此無法高效、準確的檢測氧化環境中SiC/SiC復合材料的損傷
發明內容
為了克服現有的單向SiC/SiC復合材料損傷檢測方法精度差的不足，本發明提供一種氧化環境中單向碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料損傷的檢測方法。該方法應用氧化反應動力學方程計算復合材料微結構氧化過程中碳界面被氧化損耗的厚度，建立微結構在不同氧化時刻下的幾何模型；構造氧化后微結構的有限元模型，進行細觀應力的有限元計算；采用最大應力強度準則來檢測材料的損傷情況。可以提高單向SiC/SiC復合材料損傷檢測方法損傷分析的準確度，解決細觀力學模型精度低的技術問題。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種氧化環境中單向碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料損傷的檢測方法，其特點是包括以下步驟:(a)氧化環境中，氧氣與碳界面發生氧化反應的動力學方程是:
權利要求
1.一種氧化環境中單向碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料損傷的檢測方法，其特征在于包括以下步驟: Ca)氧化環境中，氧氣與碳界面發生氧化反應的動力學方程是:
全文摘要
本發明公開了一種氧化環境中單向碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料損傷的檢測方法，用于解決現有的單向SiC/SiC復合材料損傷檢測方法精度差的技術問題。技術方案是應用氧化反應動力學方程計算復合材料微結構氧化過程中碳界面被氧化損耗的厚度，得到了復合材料微結構在不同氧化時刻下的幾何模型；建立氧化后的微結構有限元模型，進行細觀應力的有限元計算；采用最大應力強度準則來檢測材料的損傷情況。本發明從建模到計算的過程簡潔高效，克服了現有的實驗方法成本高、耗時長的缺點；借助于ANSYS強大的有限元分析功能，得到了氧化后復合材料微結構內的細觀應力，提高了單向SiC/SiC復合材料損傷檢測方法損傷分析的準確度，解決了細觀力學模型精度低的問題。
文檔編號G06F17/50GK103093063SQ201310052810
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月19日 優先權日2013年2月19日
發明者許英杰, 張衛紅, 張清文, 王駿 申請人:西北工業大學