界面层参数对陶瓷基复合材料单轴拉伸行为的影响.pdf

第25卷第3期航空动力学报Vol.25No.3
2010年3月JournalofAerospacePowerMar.2010

文章编号:200920123(2010)0320597206

界面层参数对陶瓷基复合材料单轴拉伸行为的影响

孙志刚,李龙彪,朱彬,宋迎东
(南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016)

摘要:采用细观力学方法研究了界面层参数对陶瓷基复合材料单轴拉伸行为的影响.在剪滞模型基础
上提出了考虑界面相与界面层效应的力学简化模型,结合临界基体应变能准则、最大剪应力准则、临界纤维应变
能准则确定基体裂纹间距、界面脱黏长度和纤维失效百分数,对考虑界面层影响的陶瓷基复合材料拉伸应力2应
变曲线进行了模拟,讨论了界面层体积分数、弹性模量及泊松比对拉伸行为的影响,并与试验结果进行了对比,
发现考虑界面层及界面相的影响时,界面脱黏和纤维失效段应力2应变曲线与试验数据更接近,预测效果更好.
关键词:陶瓷基复合材料;界面层;基体开裂;界面脱黏;纤维失效;应力2应变曲线;剪滞模型
中图分类号:V231196文献标识码:A

Effectofinterfacelayerparametersonuniaxialtensilebehaviorof
ceramicmatrixcomposites
SUNZhi2gang,LILong2biao,ZHUBin,SONGYing2dong
(CollegeofEnergyandPowerEngineering,
NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)

Abstract:Theeffectofinterfacelayerparametersontheuniaxialtensilestress2strainbehavior
ofceramicmatrixcompositeshasbeeninvestigatedusingmicro2mechanicapproach.Thesimplified
micro2mechanicmodel,whichconsideredtheeffectsoftheinterfacelayeronthemechanicalproper2
tiesoffiberreinforcedceramiccomposites,wasproposedbasedontheclassicshear2lagmodel.The
criticalmatrixstrainenergycriterion,maximuminterfaceshearstresscriterionandthecriticalfiber
strainenergycriterionwereusedtodeterminethematrixcrackspace,interfacedebondinglength
andthefiberfailurefraction.Thestress2straincurvewasmodeledwithconsiderationoftheeffects
ofinterfacelayer.Andtheinfluencesofinterfacelayervolumefraction,elasticmodulusandPoisson
ratioonthestress2straincurvewerealsodiscussed.Thestress2straincurvepredictedbythepresent
analysiswithcomparedtheexperimentaldata,anditwasfoundthattheinterfacedebondingandfi2
berfailurepartofthetensilestree2straincurveagreewellwiththeexperimentaldataonconsidera2
tionoftheeffectofinterfacelayerorinterfacephase.

Keywords:ceramicmatrixcomposites;interfacelayer;matrixcracking;
interfacedebonding;fiberfailure;stress2straincurve,shear2lagmodel

陶瓷基复合材料具有高强度、高硬度、高弹性比10以上航空发动机的理想耐高温结构材料[1].
模量、热化学稳定性等优异性能,因此是制造推质许多学者对单向纤维增强陶瓷基复合材料单

收稿日期:2009203204;修订日期:2009209230
基金项目:973计划;航空科学基金(05C52013,20