在SiCf/SiC复合材料中获得机械参数的新型反向分析方法及其应用于轮盘损伤评估
Wenjun Wang1,2, Qi Zeng1, Chaochao Li1
1AECC Hunan Aviation Powerplant Research Institute, Zhuzhou 412002, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|January 11, 2025
概括
本研究提出了一种快速而准确的方法来确定碳化纤维增强碳化 (SiCf/SiC) 复合材料的机械性能. 开发的方法可以精确模拟轮盘性能和损坏,这对于先进的工程设计至关重要.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 计算机建模 计算建模
背景情况:
- 对SiCf/SiC复合材料的精确机械参数对于设计高性能轮盘至关重要.
- 现有的参数提取方法可能耗时且缺乏精度.
- 这些复合材料的异型性质对建模构成了重大挑战.
研究的目的:
- 开发一种快速而准确的方法,以获得2D编织SiCf/SiC复合材料的异型机械参数.
- 通过对轮盘结构的模拟和实验测试来验证衍生参数.
- 提供适用于SiCf/SiC复合材料各种编织方案的多功能解决方案.
主要方法:
- 使用CT扫描和机器学习驱动的图像重建,创建了一个代表性的体积元素 (RVE) 模型.
- 不同向的机械参数通过反向分析提取,使用非主导排序基因算法 (NSGA-II) 应用于单轴拉伸试验数据.
- 轮盘的有限元模型被开发和模拟用于损坏分析,通过离心试验验证.
主要成果:
- RVE模型和衍生参数准确地预测了SiCf/SiC复合材料的应力-应变行为,初始模量和峰值应力误差分别为3.98%和2.75%.
- 对轮盘损坏的模拟显示,与离心机测试结果在故障模式和最大旋转速度方面有很好的一致性.
- 该方法在不同的编织方案中表现出有效性,证实了其广泛的适用性.
结论:
- 开发的RVE建模和反向分析方法为SiCf/SiC复合材料的异型机械性质的表征提供了一种新且高效的解决方案.
- 这种方法显著提高了轮盘结构的性能评估和设计优化的准确性.
- 这些发现有助于推进SiCf/SiC复合材料在航空航天等苛刻环境中的应用.
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