曾翔龙 王奇志

(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京 100191)

(a) 基体

二维机织C/SiC复合材料非线性力学行为数值模拟

曾翔龙 王奇志

(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京 100191)

文 摘 建立了考虑纤维束内部缺陷以及外部基体缺陷的多尺度单胞模型。首先依据电镜扫描图和材料内部单胞的密度，确定了纤维束单胞和复合材料单胞的几何尺寸；然后引入周期性边界条件，利用含缺陷的纤维束单胞模型计算了其初始模量和强度；最后使用由电镜扫描图确定尺寸的复合材料单胞模型，利用上一尺度的材料参数，对复合材料的模量进行了预测;并建立了含损伤纤维束单胞的刚度矩阵，运用基于不同失效模式下损伤状态变量的刚度渐进折减法表征材料积分点损伤，通过数值结果与试验结果的对比，分析了Hashin准则作为判定纤维束起始损伤的适用性，并最终据此给出了单轴载荷作用下受损材料参数的变化情况。分析表明：基于考虑两种缺陷的多尺度模型，使用Hashin准则对C/SiC复合材料单胞进行非线性应力-应变行为数值预报与实验吻合良好。

二维机织，C/SiC复合材料，Hashin准则，细观结构，有限元法

0 引言

C/SiC复合材料具有耐高温、高比强、高比模、抗氧化、抗烧蚀，对裂纹不敏感，不发生灾难性损毁等特点[1]。

国内外对纤维增韧陶瓷基复合材料的力学行为的实验研究颇为重视，然而力学行为模拟计算上大多集中于树脂基复合材料。从T. K.Jacobsen 等[2]得到的C/SiC机织复合材料单轴拉伸应力-应变曲线中可以看出：由于C/SiC复合材料加载过程中裂纹、空洞等缺陷的逐渐扩展，其应力-应变曲线呈现伪塑性，即模量逐渐下降的非线性关系。……