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考虑循环影响的氧化物/氧化物陶瓷基复合材料弹塑性损伤本构模型

刘晖  杨正茂  袁荒  
【摘要】:陶瓷基复合材料作为新型高温材料,在航空发动机上具有广阔的应用前景,对其复杂工况下的力学行为进行研究具有重要的工程意义。多相性及各向异性导致陶瓷基复合材料具有复杂的损伤机理及规律,目前尚缺乏有效的模型对复杂载荷状态下陶瓷基复合材料的应力应变响应以及损伤演化规律进行描述。本文针对复杂载荷下陶瓷基复合材料力学行为,考虑材料的各向异性及拉压不对称性,在室温下对面内不同方向材料的应力应变响应以及损伤演化规律进行了测量,试验结果表明,载荷状态对材料各向异性屈服、强化以及损伤演化具有明显影响,同时相较于单调载荷,加载-卸载循环会对材料力学性能的变化产生额外的影响。本文根据试验结果,基于塑性力学及连续介质损伤力学框架,建立统一的本构模型描述材料承受面内复杂载荷时的力学行为,在模型中引入载荷敏感参数描述载荷状态对材料应力应变行为及损伤演化规律的影响,同时将Bonara损伤模型中的循环损伤概念拓展至各向异性情况,以描述加载-卸载循环中卸载阶段对材料损伤演化的附加影响。使用本文模型对不同载荷下的材料行为进行有限元模拟,并结合圆孔试件的单调加载及加载卸载试验结果对比,对模型的准确性进行验证,结果表明本文提出的模型能够较好地对材料的本构行为及损伤演化进行预测。

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