編織結構陶瓷基復合材料力學性能預測及強度分析技術
編織結構陶瓷基復合材料由于其耐高溫、抗氧化的特點,是高推重比航空發動機高溫部件最有應用前景的候選材料。在此背景下,研究開發了編織結構陶瓷基復合材料力學性能預測和結構強度分析技術。 項目通過穩態熱固耦合平衡方程推導建立了熱固耦合雙尺度漸進均勻化分析方法,得到宏細觀物理量間的對應關系偏微分方程。利用變分原理推導得到宏細觀物理量對應關系方程的有限單元形式,完成熱固耦合雙尺度漸進均勻化分析程序的開發;針對編織結構復合材料的多尺度結構特點,完成了復合材料的細觀、微觀多尺度RVE建模方法研究。最后,通過引入材料分布模型描述復合材料構件局部材料坐標,建立了復合材料構件宏細微觀多尺度熱固耦合分析體系。 此項技術通過多尺度RVE建模、熱固耦合雙尺度均勻化分析能夠較為準確的預測陶瓷基復合材料及其構件的熱力學性能,得到相關材料參數,為材料的應用提供分析方法。應用此項技術,復合材料熱力學性能預測值與材料單位提供的實驗值相吻合,預測的宏觀彈性模量與拉伸實驗測量值最大相對誤差12%以內。同時開展陶瓷基復合材料發動機典型結構實驗研究,應變預測值與實驗測量值最大相對誤差7%以內。
北京航空航天大學
2021-04-13