多层界面相对陶瓷基复合材料横向开裂的影响模拟

作者：任嘉成; 方光武^*; 钟毅; 高希光; 宋迎东

来源：机械强度, 2020, 42(05): 1207-1213.

DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.028

• 陶瓷基复合材料
• 多层界面
• 扩展有限元法
• 内聚力模型

针对多层界面相对陶瓷基复合材料(CMCs)横向开裂行为的影响进行了细观有限元模拟。在代表体单元模型中,按照界面相各亚层的实际厚度建立多层界面相几何模型,然后赋予各亚层对应的组分材料参数,建立细观有限元模型。在此基础上,分别采用扩展有限单元法(XFEM)和内聚力界面模型来模拟CMCs中的开裂裂纹和脱粘裂纹,实现复合材料横向开裂过程的模拟。对单层BN界面相和(BN/Si C/BN)、(BN/Si C/BN/Si C/BN)两种多层界面相的模拟结果进行了对比。可以看出,所研究的Si C/Si C复合材料在横向载荷作用下,首先在纤维与界面相之间产生脱粘裂纹,脱粘裂纹扩展后引起外侧基体开裂,最终引起复合材料横向失效;与单层界面相相比,多层界面相将引起不同形态的脱粘裂纹,其横向开裂应变高于单层界面相,开裂位置也存在显著差异。

• 单位
  安徽工业大学; 中国海诚工程科技股份有限公司; 南京航空航天大学