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纤维增强陶瓷基复合材料高温下基体开裂应力表征方法研究

纤维增强陶瓷基复合材料；基体开裂；理论模型；温度相关性

纤维增强陶瓷基复合材料由于具有高强度、高韧性和低密度等优点常被用作高超声速飞行器的热防护材料。深刻理解高温环境下陶瓷基复合材料的基体开裂机理，提出适用于高温下的判据并建立相应的理论表征模型，对探索材料在极端环境中的响应及失效破坏机理至关重要。基体开裂应力常被当作材料的最大使用应力，并且对温度十分敏感。本文考虑了温度以及残余热应力的影响，利用剪滞理论分析了复合材料中纤维、基体在不同温度下的应力分布，建立了温度相关性纤维脱粘判据；在此基础上，利用经典的能量平衡方法，建立了计及纤维脱粘、残余热应力影响的温度相关性基体开裂应力理论模型，模型预测结果与实验结果取得了很好的一致性。此外，利用建立的理论模型，分析了不同温度下纤维体积分数、纤维脱粘能、界面剪切应力对基体开裂应力以及纤维脱粘长度的影响。