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题名2D-C/SiC复合材料的泊松比演变特性研究
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作者
杨成鹏
王璐娜
李俊
贾斐
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机构
西北工业大学力学与交通运载工程学院
航空工业中国直升机设计研究所
西安电子科技大学机电工程学院
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出处
《力学学报》
北大核心
2025年第9期2181-2191,共11页
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基金
国家自然科学基金(12472142,12072274)
中央高校基本科研业务费专项资金项目(ZYTS25052)资助.
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文摘
泊松比是工程材料的重要基础力学性能参数之一,在结构设计、优化及其性能表征与评价中具有重要意义.与一般材料不同,易损-非线性陶瓷基复合材料(CMCs)的泊松比随外载具有复杂的变化规律.针对2DC/SiC复合材料,通过轴向拉伸和压缩实验研究了主泊松比随外加应力的演变行为,并通过偏轴拉伸和压缩实验研究了非材料主泊松比与偏轴应力的关联规律.实验结果表明,轴向压缩泊松比近似为正值常量;轴向拉伸割线泊松比随着应力的增大由正值变为负值,损伤泊松比为正值且随着卸载应力的增大而降低,在应力较大时,割线泊松比和损伤泊松比均趋于稳定;偏轴压缩时,非材料主方向的割线泊松比和损伤泊松比均随着应力的增大而增大,且偏轴角度越大增速和增幅越大;偏轴拉伸时,割线泊松比和损伤泊松比的变化幅度较小,但均随着偏轴角度的增大而增大.理论计算结果同样表明,2D-C/SiC复合材料的拉、压泊松比差异显著且具有非线性演变行为,材料的内部损伤以及变形机制具有高度复杂性.
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关键词
陶瓷基复合材料
损伤演化
应变响应
偏轴加载
泊松比
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Keywords
ceramic matrix composites(CMCs)
damage evolution
strain response
off-axis loading
Poisson′s ratio
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分类号
O34
[理学—固体力学]
TB332
[一般工业技术—材料科学与工程]
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题名陶瓷基复合材料层合板的非线性损伤本构理论
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作者
杨成鹏
贾斐
李俊
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机构
西北工业大学力学与土木建筑学院
西安电子科技大学机电工程学院
航空工业中国直升机设计研究所
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出处
《力学学报》
北大核心
2025年第8期1975-1984,共10页
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基金
国家自然科学基金(12072274和12472142)
陕西省自然科学基金(2024JC-YBMS-308)资助项目。
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文摘
复杂应力本构关系模型是结构设计与性能评估的理论基础.针对易损-非线性陶瓷基复合材料(CMC)层合板在组合加载下的变形响应,在正交各向异性单层材料主方向损伤演化特性和应力-应变行为表征的基础上,给出了不同角度单层非材料主方向的损伤柔度矩阵和损伤刚度矩阵的数学表达;进一步考虑损伤层合板的非线性变形响应特性,将其中面应变和曲率划分为弹性部分和非弹性部分,对经典层合板理论进行拓展与改进,分别描述了层合板的弹性变形和非弹性变形,并最终给出了非线性CMC层合板的广义内力-变形物理方程,从而丰富和发展了非线性复合材料的表征理论,为复杂外载下CMC层合板变形行为的分析预测提供了新的模型和方法.作为特例,给出了正交对称CMC层合板的应变-内力关系的具体表达式,并采用2D-C/SiC复合材料层合板,模拟计算了轴向和偏轴拉伸载荷下材料的应力-应变行为,验证了本构模型的合理性和适用性.
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关键词
陶瓷基复合材料
正交各向异性
本构理论
损伤演化
层合板理论
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Keywords
ceramic matrix composites
orthotropy
constitutive theory
damage evolution
laminate theory
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分类号
O34
[理学—固体力学]
TB332
[一般工业技术—材料科学与工程]
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题名2D-C/SiC复合材料的偏轴压缩力学行为
被引量：2
- 3
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作者
宋远翔
杨成鹏
李俊
贾斐
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机构
西北工业大学力学与土木建筑学院
航空工业中国直升机设计研究所
西安电子科技大学机电工程学院
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出处
《力学学报》
北大核心
2025年第3期644-657,共14页
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基金
国家自然科学基金(12072274,12472142)
陕西省自然科学基金(2024JC-YBMS-308)资助项目.
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文摘
陶瓷基复合材料的面内本构关系对于热结构的设计与评价具有重要参考意义.对2D-C/SiC复合材料的轴向压缩、面内剪切和偏轴压缩力学行为进行了实验和模拟研究.通过单调压缩和循环加卸载实验,研究了不同加载角度(0°,15°,30°和45°)下材料的应力应变行为以及卸载模量与残余应变随卸载应力的演变规律;并表征了面内剪切应变响应行为以及剪切卸载模量和残余应变随卸载应力的演化行为.在理论层面,考虑材料的正交各向异性、非线性和细观损伤机理,应用连续介质损伤力学方法对材料的压缩、剪切和压-剪耦合损伤演化行为进行了描述,且提出了面内剪切和偏轴压缩力学行为表征模型;并基于损伤演化实验数据确定了损伤解耦模型中的压-剪损伤耦合系数和损伤钝化系数,对材料的偏轴压缩应力应变行为进行了模拟.结果表明:该材料的轴向压缩本构关系为线弹性;而面内剪切本构关系为非线性,且卸载模量随卸载应力的增大而减小,残余应变随卸载应力的增大而增大;偏轴压缩载荷下,轴向压缩应力对材料的剪切损伤具有抑制作用,而面内剪切应力对材料的轴向压缩损伤起到了促进作用,且材料的应力-应变响应行为呈现出了相当的复杂性.但模拟结果与实验数据的一致性表明,基于损伤解耦的本构模型可以较为准确地预测材料的偏轴压缩应力-应变行为.
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关键词
陶瓷基复合材料
正交各向异性
本构模型
损伤耦合
偏轴压缩
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Keywords
ceramic matrix composites(CMCs)
orthotropy
constitutive model
damage coupling
off-axis compression
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分类号
O34
[理学—固体力学]
TB332
[一般工业技术—材料科学与工程]
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题名2D-C/SiC槽型梁承载性能试验研究
被引量：2
- 4
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作者
杨成鹏
李俊
何宗倍
矫桂琼
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机构
西北工业大学工程力学系
航空工业中国直升机设计研究所
中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料国家重点实验室
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出处
《航空制造技术》
2020年第15期14-21,共8页
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基金
国家自然科学基金(11702217)。
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文摘
陶瓷基复合材料典型结构件的承载性能研究不足。针对2D-C/SiC槽型梁开展弯扭组合加载下的损伤-破坏特性试验研究,通过变形监测和裂纹观测,分析了槽型梁试件的承载性能、损伤过程及其失效机理。结果表明,复杂加载下,分层和屈曲是2D-C/SiC槽型梁的主要损伤形式,其破坏过程非常复杂,应变响应通常发生波动和突变,力学性能严重劣化,极限承载能力较低。与完好试件相比,翼缘开孔试件的损伤-断裂机理发生改变,分层起始载荷与局部屈曲载荷明显降低。
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关键词
陶瓷基复合材料
槽型梁
组合加载
破坏模式
承载性能
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Keywords
Ceramic matrix composites
Channel beam
Combined loading
Rupture mode
Load-bearing property
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分类号
V215
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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