1、应力分布的十字型标本为材料 SiC/Ti-6Al-4V 下复合材料的横向拉伸应力杨延清，袁梅倪，李建康，黄滨罗（西北工业大学教授）潘鹰 240060324 K 汽车 061摘要：十字形试件被选中获得横向拉伸性能的碳化硅纤维增强钛基复合材料。此外，结合单方面加上横向拉伸试验有限元方法的开发是为了评价复合材料界面结合强度正常。结果表明，最初的非在横向应力应变曲线的线性 SiC/Ti-6Al-4V 复合材料在 350 兆帕应力发生。相结合的单方面加上横向拉伸试验有限元方法是一种有效的方法来预测复合材料界面结合强度是否正常。此外，复合材料界面的破坏机理进行了详细分析。关键词：钛基复合材料;有限元方法
2、;界面结合强度;的横向拉伸试验介绍：许多研究已完成调查碳化硅纤维横向拉伸。三基复合材料标本类型通常用来描述横向力学性能。如与光纤直片面标本完曝光，与光纤直片面嵌入式和十字形的标本试样。试样的十字形由于被视为最恰当的，通常使用的自由面会被有效的清除。在以前的研究中，一个完全耦合有限元方法，用于获取分布在标本下的横向负荷的应力。并证实了成功的十字形试件在确定真正的横向响应材料。冷却过程中，分析与复合材料的横向同时性的模式，这不符合协议事实。而且，完全耦合的方法可能导致部分损失的热残余应力。这是非常重要和明确的，了解在接口横向拉伸状态下隧道系统机制接口故障。任何类型意味着矩阵要进行额外的附加载荷。这
3、些矩阵可能对隧道系统妥协韧性和蠕变。而且阻力可以成为设计限制申请。可惜，这是一个小资料提供接口失效机理。在这项工作中，单方面耦合有限元方法是通过评估隧道系统正常界面的，结合强度并确定在接口故障模式下横向拉伸。此外，对接口故障复合材料的机理进行了讨论。1 实验SiC/Ti-6Al-4V 的方式是由准备铝箔纤维复合材料的整合，是开展以真空热在温度 1小时 920下高达每秒 70 兆的宾夕法尼亚州的压力，在图 1 所示的十字形试样切成近似尺寸与电火花线长。试样宽度为 50.8 毫米和 38 毫米，碳化硅纤维的半径分别为 0.07mm.这种横向滕西乐的十字形试件测试在室温下进行的，一英斯特朗电子拉伸机
4、在 1 毫米/米中的速度，为了取得在试样拉伸应变中心。Electric-Resistance 应变仪是坚持对十字形试件的。图 2 表明，横向应力应变行为在 SiC/Ti-6Al-4V 材料中是一两个不同的区域。在第一个区域，相应的响应是线性到一个复合弹性加载一个完美债券接口，而在第二区域的反应是非线性的对应逐步剥离该接口。图 1 试样的十字形图 2 SiC/Ti-6Al-4V 横向应力应变行为2 有限元分析由于对称性，八分之一的总十字形标本模型，如在图 3 所示。该纤维（140 克的直径） ，接口（10 克的厚度）和矩阵被视为三维八节点砖元素。碳化硅纤维。钛合金基体和界面材料的处理作为完全各向
5、同性弹性材料。TiC 是用来代表界面反应的材料。是原因主要产品是 TMCS 和 TiC 的界面反应。尤其是当碳化硅纤维具有纯 C 涂层。表 1 显示了变化的 Ti-6A1-4v 的性能，TiC 和碳化硅纤维有限使用有限元分析。单方面耦合有限元分析包括 2 步骤：（1）建模的冷却隧道监控系统;（2 ）建模的横向拉伸试验过程。当隧道监控系统是由高温冷却到室温温度，热残余应力引起的热膨胀系数不匹配。在有限元分析中，冷却过程是可以由热负荷为蓝本的。此外，参考温度（英）假设上述其中复合材料的应力自由，对于 SiC/Ti.6A1.4V 复合材料，参考温度约为 700 。在这一步的边界条件被描述为：图 3
6、十字形试件有限元模型和元素的安排，扩大地区为中心其中 X 和 Y 代表矩阵 X 方向位移。接口和光纤。分别代表 X 和 Y 的矩阵，接口和光纤，分别代表了 X 和 Y 的矩阵，Y 方向位移接口 Y 方向位移和纤维。分别。据悉，残余应力的评估将在复合材料的横向拉伸试验有限元模型，介绍了横向拉伸试验过程。 ，一张脸负荷应用于新的有限元面模型的边界条件是作为复合材料的冷却过程相同。3 结果与讨论3.1 估记界面结合强度在随到系统中是否正常图 2 表明，当横向拉应力等于 350MPa，最初的非在线性应力应变曲线在SiC/Ti.6A1.4V 复合中发生。这表明该接口没有出现在试样中心。图 4 显示了径向
7、力分布不同的横向界面。该界面径向应力约 300Mpa。径向应力在纤维/基体界面组成机械应力。残余应力和界面结合强度正常。适用于机械应力克服残余应力。在有限元分析中，界面结合假定是完美的。因此可以推断出，界面规范的力量是约 300Mpa。在以前的研究中，界面结合强度 SiC/Ti.6A1.4V 估计达 15MPA。价值比铝的界面结合强度准则的实际价值低，原因是一个完全耦合的方法，该方法在通过评价界面结合强度对偏热残余应力造成的损失。图 4 界面上的 x-z 平面的应力分布（X=0.07 毫米）作为距离的函数沿纤维轴3.2 径向杨氏模量在界面上的影响为了分析的界面上的径向杨氏模量的影响强调在界面=
8、 0.07 毫米） ，残余应力和横向拉伸应力分布假定为常数。水平的残余应力和横向拉伸应力- 295 MPa 和 300MPa。界面的杨氏模量，假设为 10 GPa 时，100 GPa 的 200 个协定， 300 GPa 和 400 个政府采购协定。图 5 显示了径向应力作为一个距离函数均有不同界面的杨氏模量。当从 10GPa 界面的杨氏模量增加政府产业署的 100 GPa 处的径向水平应力随界面杨氏模量的增加。然而，当界面杨氏模量高于 100 GPA 是。径向应力几乎相等。这就是说，当界面的杨氏模量是100 协定更高 ,界面的杨氏模量并没有对应力集中系数的影响。图 5 径向应力在界面(x=0
9、.07 毫米）随着不同的界面的杨氏模量的纤维轴3.3 接口失效机理根据横向拉伸的结果测试。初始非线性的横向应力应变曲线发生在 350GPa 的SiC/Ti.6A1.4V 复合材料。由于与剪切破坏相关的位移很小，在应力应变曲线结果的初步非线性 0 =- 0“i.e.I1 - 0 飞机只能从接口正常分离。可以得出结论，当外加应力约为350MPa。界面径向应力= 0 0“比正常的界面结合强度和界面破坏较大的正常发生。但。界面剪切破坏是未知之数。利用有限元法来分析了界面剪切应力分布。如图 6 所示。在它的最大剪应力为 0 =- 45 适用于400MPa 级压力 240MPa。由钱德拉评价隧道监控系统的
10、界面剪切强度约为400500Mpa。这超过了最大剪应力值较高。因此，界面剪切故障可能不会出现在400MPa 级应用的压力。断裂表面（在图 7 所示的复合材料）根据横向拉伸应力相对平稳。这也表明，不会发生剪切破坏。图 6 界面作为定位功能剪应力分布在不同的外加应力图 7 形貌断裂表面下的隧道监控系统横向载荷4 结论用已开发的手段来评价界面正常相结合，在隧道监控系统中单方面加上横向拉伸试验有限元法。该界面评价 SiC/Ti.6A1.4V 正常的应力约 300MPa 强度。此外，该界面的杨氏模量的影响以及界面破坏机制进行了详细分析。当界面的杨氏模量由 10GPa 增大到100Gpa 时，就相当于增加杨氏模量的径向应力的增加水平。然而，当界面杨氏模量高于100 GPa 时，径向水平应力几乎没有不同。对于隧道监控系统，在横向拉伸试验界面下失效，标准铝分离下温压被破坏。原因是规范的隧道监控系统界面结合强度在界面上低于铝的径向应力。而界面剪切强度大于在界面上的剪应力。（参考文献略，详见原文。 ）
