編織結(jié)構(gòu)陶瓷基復(fù)合材料力學(xué)性能預(yù)測及強度分析技術(shù)
編織結(jié)構(gòu)陶瓷基復(fù)合材料由于其耐高溫、抗氧化的特點,是高推重比航空發(fā)動機高溫部件最有應(yīng)用前景的候選材料。在此背景下,研究開發(fā)了編織結(jié)構(gòu)陶瓷基復(fù)合材料力學(xué)性能預(yù)測和結(jié)構(gòu)強度分析技術(shù)。 項目通過穩(wěn)態(tài)熱固耦合平衡方程推導(dǎo)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(yīng)關(guān)系偏微分方程。利用變分原理推導(dǎo)得到宏細觀物理量對應(yīng)關(guān)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(fā);針對編織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的多尺度結(jié)構(gòu)特點,完成了復(fù)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(fù)合材料構(gòu)件局部材料坐標,建立了復(fù)合材料構(gòu)件宏細微觀多尺度熱固耦合分析體系。 此項技術(shù)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(yù)測陶瓷基復(fù)合材料及其構(gòu)件的熱力學(xué)性能,得到相關(guān)材料參數(shù),為材料的應(yīng)用提供分析方法。應(yīng)用此項技術(shù),復(fù)合材料熱力學(xué)性能預(yù)測值與材料單位提供的實驗值相吻合,預(yù)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(nèi)。同時開展陶瓷基復(fù)合材料發(fā)動機典型結(jié)構(gòu)實驗研究,應(yīng)變預(yù)測值與實驗測量值最大相對誤差7%以內(nèi)。
北京航空航天大學(xué)
2021-04-13