关键词： 界面层   力学性能   模拟分析   纤维增韧陶瓷基复合材料  

摘要： 以短切碳纤维增韧陶瓷基复合材料、连续碳纤维增韧陶瓷基复合材料、碳化硅纤维增韧陶瓷基复合材料为对象,综述了近年来关于界面层对FTCMCs破坏模式影响的实验研究工作。从微观力学模型建立、多尺度损伤分析两方面总结归纳了考虑界面层的FTCMCs力学性能模拟分析方法,提出建立切合实际的物理模型以及开发更先进的多尺度分析方法,是解决复杂服役环境下FTCMCs性能表征难题的有效途径。通过多场耦合多尺度建模分析方法来表征和优化FTCMCs的复杂服役环境下性能,系统揭示界面层等微观结构与宏观复合材料性能的对应关系,进而指导工艺设计,均是未来纤维增韧陶瓷基复合材料界面层的重点研究方向。

关键词： 陶瓷基复合材料   螺栓渐进损伤计算   强度预测  

摘要： 针对陶瓷基复合材料螺栓强度和失效预测困难问题,建立渐进损伤模型,利用仿真方法预测螺栓强度、损伤演化过程和失效模式。

关键词： 复合材料   纤维增强   钎焊   润湿   残余应力  

摘要： 纤维增强陶瓷基复合材料在高温使役性能方面表现出超越传统陶瓷材料的优异性能,与金属的连接构件在航空航天、核能、化工等高温系统中应用潜力巨大。纤维增强陶瓷基复合材料与金属的连接技术被广泛研究,钎焊是实现二者连接的最佳选择。文章重点论述钎焊纤维增强陶瓷基复合材料与金属所面临的挑战和科学问题,列举C/C、C/SiC和SiO/SiO三种研究最为广泛的纤维增强陶瓷基复合材料与金属的钎焊实例,讨论钎料润湿行为、界面反应调控和接头应力调节的最新研究成果。可靠连接技术的发展,将会推动纤维增强陶瓷基复合材料的研究和应用。

关键词： 陶瓷基复合材料   拉伸加卸载   应力-应变关系   滞回曲线   纤维-基体界面  

摘要： 陶瓷基复合材料具有轻质高强、耐腐蚀和耐高温等优异性能,已广泛应用于航空航天等工程领域。在服役过程中,材料往往经历循环往复载荷等多种工况,其受到的多种损伤不断累积直至失效。为了充分发挥C/Si C陶瓷基复合材料的优越性能,准确预示和表征循环载荷下该材料的力学行为是材料结构化应用的关键,因此,开展典型加卸载作用下材料的力学性能和损伤累积研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文开展常高温下缝合式编织3D-C/Si C复合材料的准静态单轴拉伸及常温下的循环加卸载试验,根据试验结果将材料简化为0°-90°-90°-0°正交层合板结构,从宏观和细观两个尺度对其拉伸应力-应变关系进行模拟预测;采用Kuo-Chou剪滞理论,结合断裂力学方法,描述不同的界面脱粘、滑移情况下材料的细观应力场,并对材料的滞回曲线进行模拟,最后将预测的应力-应变关系与试验结果进行对比验证。具体的研究工作包括:首先,开展缝合式编织3D-C/Si C复合材料在单轴拉伸、加卸载工况下的力学行为试验研究。研究该材料在拉伸加卸载作用下的宏观力学行为,并对试样的断口进行电镜扫描,分析其内部结构的损伤过程和失效模式,描述加卸载行为对材料后续承载力影响的细观机制,并结合温度对界面的影响对比分析了常高温下材料的强度变化规律,研究表明,缝合工艺引入的3方向纤维束破坏了材料结构的整体性,加卸载行为耗散材料内部抵御变形的能量,影响了材料后续的承载能力,而温度对材料的界面产生影响,材料的拉伸强度在温度升高时有所上升。其次,从宏观和细观两个尺度分析缝合式编织3D-C/Si C复合材料的拉伸应力-应变关系。宏观上,分别采用基于卸载模量和残余应变变化的方法以及Weibull强度分布的模型进行预测;细观上,根据试验所观察到的断裂特征,将材料简化为0°-90°-90°-0°正交层合板结构,分别采用AC理论和简化的剪滞模型分析了0°层和90°层的应力-应变响应,进而得到整体结构的拉伸应力-应变关系,并将模拟得到的结果与试验数据进行对比,发现宏细观方法皆适用于该材料的拉伸应力-应变关系模拟,细观方法的结果与试验结果更为接近。最后,采用Kuo-Chou剪滞理论,分析了四种界面脱粘、滑移情况下简化的0°-90°-90°-0°正交层合板结构模型的细观应力场,结合断裂力学方法,描述0°层基体开裂、90°层横向开裂、纤维-基体界面发生脱粘时,界面出现部分/完全脱粘、滑移时的应力-应变关系,进而对材料的滞回曲线进行模拟,并与试验结果进行对比验证,发现单一损伤形式下的预测结果无法描述滞回曲线,需要结合多种损伤形式一起进行分析,滞回曲线的产生是由多种损伤形式共同作用的结果,模拟结果与试验结果拟合较好。

关键词： SiC纳米粉末   SiC纳米纤维   热压烧结   SiC陶瓷基复合材料   BN界面层  

摘要： SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料(SiCf/SiC)具有低密度、高温性能稳定、抗外部冲击载荷性能强、对裂纹不敏感的特点,是一种集结构承载和耐苛刻环境的轻质新型高温热结构材料,受到研究者的广泛关注。要获得高强度高韧性的SiCf/SiC复合材料离不开高质量的SiC纤维和先进的陶瓷烧结工艺。SiC纳米纤维(SiCnf)具有优异的性能,例如高强度、高模量、耐高温、高抗氧化性和高耐化学腐蚀性,是理想的陶瓷基复合材料增强材料。然而,目前作为增强体的SiCnf大多数是在陶瓷烧结过程中原位生长形成的,生长质量受孔隙或间隙大小与分布的影响,往往存在界面涂层制备困难、“架桥”效应及含量少等问题。本文以硅粉和碳黑为原料合成的SiC粉末为基体原料,以SiC纳米纤维为增强体,采用热压烧结工艺制备了增强体含量可控的SiC陶瓷基复合材料(SiCnf/SiC),并采用浸渍裂解法在SiC纳米纤维表面制备了氮化硼(BN)涂层,研究了增强体含量、烧结温度及BN界面涂层对SiCnf/SiC复合材料性能的影响。主要研究内容如下:(1)以硅粉和碳黑为原料,在高温下通过Si的直接碳化法制备了SiC粉末。SiC粉末通过除碳、高速搅拌分离、静置沉淀取上层悬浮液、NaOH溶液处理后,获得了平均粒径约为50 nm的高纯度SiC纳米粉末。在热压烧结工艺下,与微米级SiC粉末相比,由SiC纳米粉末制备出的SiC陶瓷相对密度更高、力学性能更加优异,陶瓷断面中晶粒尺寸分布均匀,有晶粒拔出现象。(2)以SiC纳米纤维为增强体,采用热压烧结工艺制备了SiC纳米纤维增强SiC陶瓷基复合材料,研究了不同SiC纳米纤维含量和不同烧结温度对SiC陶瓷基复合材料性能的影响。当SiC纳米纤维的含量为15 wt%时,SiC复合材料的综合性能达到最优,抗弯强度和断裂韧性分别为678.2 MPa和8.33 MPa.m1/2。陶瓷断面中增强体分散均匀,有纳米纤维拔出、桥接现象。当烧结温度为1850℃时,断面结构逐渐致密,气孔减少,有少量SiC纳米纤维的拔出。SiC陶瓷基复合材料中存在的纳米纤维的拔出、纳米纤维对裂纹的偏转、纳米纤维桥接,消耗了大量的断裂能,达到增强增韧的作用。(3)采用浸渍裂解法在SiC纳米纤维表面制备了BN涂层。以硼酸和尿素为前驱体,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为成膜剂,配制了不同浓度的前驱体溶液,将SiC纳米纤维浸渍在前驱体溶液中烘干后,在不同裂解温度下制备了 BN涂层。随着前驱体溶液浓度和裂解温度的升高,BN涂层的厚度增加。在前驱体溶液浓度为0.5 mol/L、裂解温度为1000℃的条件下,SiC纳米纤维表面包覆的BN涂层厚度均匀。XRD和红外分析表明SiC纳米纤维表面包覆的涂层为h-BN。与无BN界面层的相比,有BN界面层的SiC陶瓷基复合材料断面结构中有较多的纤维拔出,抗弯强度和断裂韧性得到了很大幅度的提高。BN界面层的存在改善了SiC陶瓷基复合材料的力学性能。综上所述,论文采用BN涂层包覆SiC纳米纤维增强SiC陶瓷基体,陶瓷基复合材料的力学性能得到了大的提高,但没有体现明显的韧性断裂效果。今后还需要在界面层的设计与制备、提高SiC纳米纤维体积分数含量、避免纤维断裂以及保持高长径比等方面做进一步的优化研究。

关键词： SiC纳米晶须   SiC纳米纤维   包覆   反应熔渗   复合材料  

摘要： 碳化硅陶瓷因其密度低、强度高、耐高温和抗氧化等优异性能,广泛应用于安全防护、航空航天与电子等领域。但因脆性大、可靠性差等缺点,限制其作为高温结构材料的应用。通常在碳化硅陶瓷中引入晶须、纤维等增强体制备成碳化硅陶瓷基复合材料提高其力学性能。本文采用碳化硅纳米晶须(SiCnw)和碳化硅纳米纤维(SiCnf)两种增强体,利用反应熔渗法制备SiCnw/SiCnf增强SiC陶瓷基复合材料。主要研究工作如下:(1)SiCnw/5iCnf增强体的PyC/BN包覆,采用硼酸和尿素浸渍反应工艺对SiCnw/SiCnf进行BN包覆。研究结果表明:层状的BN界面相在SiCnw/SiCnf表面形成,其厚度约几十至几百纳米。采用酚醛树脂高温炭化裂解对SiCnw/SiCnf进行裂解碳(PyC)包覆。研究结果表明:PyC包覆后,BN包覆SiCnw/SiCnf表面又形成一层均匀且粗糙的PyC界面相,其厚度约几百纳米。(2)制备了 SiCnw/SiC复合材料,研究了炭黑含量对SiCnw/SiC复合材料力学性能和显微结构的影响,并分析SiCnw/SiC复合材料强韧化机理。研究结果表明:当炭黑含量为12 wt%时,抗弯强度和断裂韧性达到最高值分别为273 MPa和4.3 MPa·m1/2,相比于SiC陶瓷抗弯强度提高了 20%,断裂韧性提高了 15%;当炭黑含量超过12wt%时,由于炭黑的团聚和分布不均匀,制约其力学性能的进一步提高;SiCnw/SiC复合材料断口处有明显的SiCnw拔出,说明对SiCnw进行PyC/BN包覆能避免其在高温反应熔渗过程中受到硅的侵蚀;SiCnw/SiC复合材料力学性能的提高主要归因于晶须脱粘、晶须桥连、裂纹偏转和晶须拔出等机制,这些机制都需要消耗大量的断裂能,因而起到增强增韧作用。(3)制备了 SiCnf/SiC复合材料。基于SiCnw/SiC复合材料的研究,优化和改进制备工艺。研究了不同含量酚醛树脂为C源包覆SiCnf对SiCnf/SiC复合材料力学性能和显微结构的影响,并分析SiCnf/SiC复合材料强韧化机理。研究结果表明:当酚醛树脂含量为16 wt%时,抗弯强度达到最高值为294MPa相比于SiC陶瓷提高了 29%;当酚醛树脂的含量为12 wt%时,断裂韧性达到最高值为4.74MPa·m1/2相比于SiC陶瓷提高了 22%;当酚醛树脂含量为16 wt%时,由于PyC界面结合强度高,导致SiCnf不易脱粘、拔出,进而复合材料的断裂韧性降低;SiCnf/SiC复合材料力学性能的提高主要归因于纤维脱粘、纤维桥连、裂纹偏转和纤维拔出等机制,上述机制都需要吸收断裂能,因而起到增强增韧的作用。总之,相比于SiCnw,采用SiCnf作为增强体制备成复合材料的力学性能更加优异,强度、韧性明显提升。同时研究还存在以下问题待改进:对SiCnw/SiCnf包覆PyC/BN复合界面相,可以避免其在高温反应熔渗过程中受到硅的侵蚀,但采用硼酸和尿素浸渍反应工艺以及酚醛树脂高温炭化裂解对SiCnw/SiCnf进行PyC/BN包覆,因其界面结合强度难以调节,进而包覆效果不够理想。此外,SiCnw/SiCnf易团聚难以分散均匀,以及在分散过程中容易破坏SiCnw/SiCnf的形貌使纤维变短,这些因素制约了复合材料力学性能的进一步提高。

关键词： 陶瓷基复合材料   温度   断裂强度   理论表征   影响因素分析  

摘要： 航空、航天、核能、石油化工等高端技术领域对一个国家的装备制造、军事安全和国际话语权至关重要,其发展程度是衡量一个国家工业水平、国防实力及综合国力的重要标志。陶瓷基复合材料因具有高熔点、良好的高温强度保持率和优异的抗氧化和抗烧蚀能力等,被广泛应用于以上领域,如高超声速飞行器的热防护系统、发动机的高温结构部件及核聚变反应堆的关键部位等多个方面。陶瓷基复合材料在使役过程中常常面临复杂的高温环境,如若发生破坏,往往会带来难以预估的灾难性后果。所以弄清陶瓷基复合材料在使役过程中的失效机理,充分认识控制其断裂强度的各影响因素随温度的演化规律和机制转变,合理有效地表征断裂强度与使役温度之间的关系是提高陶瓷基复合材料安全性和可靠性的关键,更是材料设计、制备和应用中必须解决的基础问题之一,具有非常重要的科学意义和工程应用价值。本文基于力热能量密度等效原理,针对陶瓷基复合材料高温断裂强度及理论表征方法开展了以下研究工作:(1)考虑断裂纤维的承载能力及其随温度的演化,建立了单向陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料温度相关性拉伸断裂强度模型,模型预测结果与可获取的实验结果取得了很好的一致性。进一步,利用所建立的单向陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料温度相关性拉伸断裂强度模型,分析了断裂纤维贡献和纤维杨氏模量在不同温度下对材料拉伸断裂强度的定量影响,为其在高温下的设计、制造和应用提供了理论依据和指导。(2)基于热能与原子势能和动能之间的关系,针对超高温陶瓷基复合材料建立了计及熔化热的温度相关性断裂强度模型,模型预测结果与实验结果取得了很好的一致性。模型无需拟合参数,揭示了不同温度下断裂强度与任意一个参考温度下的断裂强度、熔化热、熔点、热膨胀系数和杨氏模量之间的内在联系。所有材料参数均可方便地从材料手册或文献中获取,为预测超高温陶瓷基复合材料在不同温度下的断裂强度提供了一种简单方便的有效方法,避免了大量高温试验的开展。(3)基于力热能量密度等效原理,建立了无需拟合参数的超高温陶瓷基复合材料温度相关性断裂韧性理论表征模型。进一步,结合Griffith断裂理论并考虑相关参数的温度相关性,针对超高温陶瓷基复合材料建立了计及损伤和残余热应力及其随温度演化的热损伤断裂强度理论表征模型,并得到实验结果的很好验证。基于此模型分别给出了Zr B-Si C材料在氩气和空气中临界裂纹尺寸的合理定义,并分析了裂纹尺寸对复合材料温度相关性断裂强度的定量影响,为进一步提高超高温陶瓷复合材料的断裂强度提供了理论支撑。

关键词： 陶瓷基复合材料   电场辅助连接   中间层设计   界面反应   热残余应力   失效模型  

摘要： SiC陶瓷具有低密度、良好的抗氧化性、热物理稳定性和优异的抗辐照损伤能力。连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料（Continuous Fiber Reinforced Silicon Carbide Ceramic Matrix Composites,CMC-SiC）在保留SiC优良特性的基础上,将连续碳纤维或SiC纤维引入SiC陶瓷基体,可以克服SiC材料的固有脆性,成为极具应用前景的高温结构材料。但由于CMC-SiC制备技术的特殊性和加工技术的限制,制造大尺寸、外形复杂的构件十分困难和昂贵,使其应用范围受到制约,因此研究一种高效、快速、可靠的连接方法对CMC-SiC的成功应用至关重要。与传统连接工艺相比,电场辅助连接方法利用焦耳热原理,可以有效缩短连接时间、降低连接温度,外加电场还可以通过电迁移现象促进连接界面原子扩散,这些优点使电场辅助技术有望获得综合性能较好的CMC-SiC接头。因此本文基于电场辅助连接技术,采用Ti-Si-C、Ti-Nb-Ti、Ni-Ti-Nb和Mo-W-Mo四种中间层体系连接C/SiC复合材料,研究C/SiC与不同中间层的界面显微形貌、界面相演变规律,分析热残余应力、界面微结构和界面反应层生长等因素对接头可靠性的影响,揭示连接机理并建立失效模型,主要研究内容和结果如下:（1）采用TiC-Ti-Si原位反应生成Ti3SiC2（MAX相）连接C/SiC复合材料,研究连接温度和中间层厚度对接头界面微结构和可靠性的影响。通过优化连接温度,中间层依靠Ti-Si-C的原位反应完全转变为Ti3SiC2晶粒,同时避免了Ti3SiC2的高温分解。在接头加载过程中,Ti3SiC2晶粒的塑性变形行为增强了中间层抑制裂纹扩展的能力。对于同种连接温度的接头,SiC/Ti3SiC2/SiC中间层厚度对界面热残余应力分布有显著影响。利用有限元分析方法计算了不同中间层厚度接头界面的热残余应力分布,建立其与界面形貌演变的对应关系。当连接温度为1400 ~oC,SiC涂层厚度为10μm时,纤维不会被腐蚀,热残余应力维持合理阈值,界面缺陷较少,接头获得最佳的抗剪强度（51±3.0 MPa）。（2）设计Ti-Nb-Ti活性中间层连接C/SiC复合材料,研究Ti、Nb与SiC连接过程中的互扩散行为,揭示非平衡扩散条件下柯肯达尔效应对界面相组成、界面微结构和力学性能的影响规律。基于热力学和扩散动力学方法,分析了界面相演变过程与互扩散行为的内在关联。当连接温度为1200 ~oC,界面发生适当扩散反应提高了界面结合强度,接头剪切强度达到61±6.0 MPa。在电场辅助连接过程中,界面原子快速的互扩散作用形成了TiC层,阻碍Si原子从SiC向中间层内扩散。同时,MxSiy界面相中Si的扩散速率远高于M（M=Ti和Nb）,导致Si与Nb/Ti原子在界面处会形成非平衡的扩散通量,大量反向空位流在TiC层中聚集形成微孔。随着连接温度的升高,界面原子互扩散过程加剧,界面微孔尺寸迅速增大,显著降低了接头的界面结合强度（18±6.0 MPa）。（3）设计Ni-Ti-Nb梯度中间层实现了电场辅助环境下C/SiC复合材料的瞬时液态连接,阐明了低熔点活性Ni元素在连接过程中的作用机制。Ni元素的引入提高了金属原子扩散速率,使界面处原子的扩散通量达到平衡,抑制柯肯达尔孔洞的生成。SiC的溶解现象以及Si原子与Ni-Ti-Nb的反应是连接过程中的主要机制。结合热力学和TEM分析,研究Ni-Ti-Nb和SiC界面反应的演化过程,界面原子通过互扩散作用形成了Ni+（Ti,Nb）C的界面结构。构建Ni/CVD SiC界面有限元模型,结合热动力学理论,揭示Ni对锯齿状界面结构的作用机理。SiC涂层表面热残余应力的不均匀性导致SiC在中间层产生非均匀溶解现象,导致Ni/SiC形成锯齿形的连接界面,大幅度提高界面结合强度,接头剪切强度达到110±5.0 MPa。（4）设计Mo-W-Mo低膨胀中间层连接C/SiC复合材料,研究电场辅助环境下Mo和SiC的扩散机制。基于扩散动力学、TEM和纳米压痕试验分析了界面相的演变规律。采用有限元方法模拟方法揭示界面相转化过程对热残余应力的影响机制,并与界面微结构形貌变化相对应。在1600 ~oC以下,适当的界面反应可以提高界面结合强度。然而,更高的连接温度（1800 ~oC）提高了界面原子扩散速率,使具有高各向异性热膨胀系数的反应产物（例如:Mo5Si3和Mo5Si3C）在界面处过度生长,界面热残余应力显著升高,产生大量界面缺陷,降低了接头的可靠性。

关键词： 陶瓷基复合材料   拉伸试验   声发射技术   聚类分析   固有频率  

摘要： 随着现代科学技术不断发展,陶瓷基复合材料(CMCs)是近几年兴起的新材料之一。相比其他金属材料,陶瓷基复合材料具有高比强度、高比模量、抗腐蚀、抗氧化和耐高温、耐磨损、耐膨胀系数小等优异性能,因此在航空、航天有着广泛的应用空间。随着陶瓷基复合材料在航空发动机上应用越来越广泛,陶瓷基复合材料面临其内部损伤而性能降低,因此本文主要针对陶瓷基复合材料内部损伤与固有频率进行检测与分析研究。本文首先介绍了声发射技术损伤识别原理,并对声发射信号各参数作了说明。在声发射技术识别损伤过程中,先后对声发射信号无监督模式剔除噪声、选取特征参数和参数标准化等信号预处理的原理作分析,再对聚类算法和聚类结果有效性分析原理讲解,最后介绍声发射信号频谱分析原理。其次对某二维编织C/Si C复合材料试样在室温条件下进行单调拉伸和循环拉伸加载卸载试验研究,并用声发射技术对试样损伤进行动态监测。先对声发射信号做预处理,再采用层次聚类分析方法对预处理后的声发射信号进行损伤模式识别。得到2D-C/Si C复合材料在拉伸载荷作用下主要有四类损伤模式:基体开裂、界面脱粘滑移、纤维断裂和纤维束断裂。采用快速傅里叶变换(FFT)方法对收集的声信号进行频谱分析,由分析可知:该2D-C/Si C复合材料在拉伸载荷作用下主要存在39、52、147和182 k Hz四种频率的损伤信号,分别对应于基体断裂损伤、界面脱粘滑移损伤、纤维断裂损伤和纤维束断裂损伤。结合单调拉伸试验过程声发射信号,分析了循环加载条件下试验声信号。另外,通过对比陶瓷基复合材料试样试验前后的CT扫描检测结果,可得到结构在试验前后内部损伤分布以及结构最大应力位置。再次对梁结构振型微分方程详细介绍,并针对陶瓷基复合材料试样每次加卸载试验后进行固有频率测试,分析研究复合材料损伤程度与固有频率变化规律。分析该试样总计15次试验可知:其内部损伤分为4个阶段:试验号1～4是第一阶段,主要损伤是裂纹生成;试验号5～9是第二阶段,主要损伤是纤维断裂和少数纤维束断裂;试验号10是第三阶段,主要损伤是纤维束断裂和少数纤维断裂;试验号11～15是第四阶段,主要损伤是界面脱粘滑移。研究结果为2D-C/Si C复合材料的损伤演化与固有频率变化提供依据。详细对比分析了声发射信号和固有频率数值,找出了陶瓷基复合材料各个损伤阶段和损伤后的固有频率变化与声发射损伤信号之间的关系。并得出循环拉伸试验中试样损伤程度分为4种:加载应力0～72MPa为陶瓷基复合材料损伤第一阶段,主要损伤模式是基体的开裂;加载应力72～126MPa为陶瓷基复合材料损伤第二阶段,主要损伤是界面脱粘和纤维断裂;加载应力126～168MPa为陶瓷基复合材料损伤第三阶段,主要损伤是界面脱粘和纤维断裂、纤维束断裂;试验号加载应力168～197MPa为陶瓷基复合材料损伤第四阶段,主要损伤是基体开裂和界面脱粘。最后,对本文研究的某二维编织C/Si C复合材料试样在室温条件下单调拉伸和循环拉伸加载卸载试验过程中声发射和固有频率等内容进行了总结,并针对环境、测试过程和损伤分析方法等方面因素,对后续该领域课题可研究内容进行了展望和论述。

关键词： 陶瓷基复合材料   多尺度方法   有限元分析   力学性能   孔隙率  

摘要： 编织陶瓷基复合材料不仅具有良好的常温及高温性能,还具有比传统单相陶瓷材料更好的韧性,现已成为航空航天及核能领域大力发展的新型复合材料。然而,编织陶瓷基复合材料复杂的组分材料和编织结构导致其在试验过程中往往无法准确的获得该材料的力学性能和损伤破坏过程,进而影响了编织陶瓷基复合材料结构件的设计和工程应用。所以,研究编织陶瓷基复合材料的微细观结构、力学性能以及损伤破坏过程将对实际工程设计应用提供重要的参考。将二维编织SiC/SiC陶瓷基复合材料作为研究对象,采用多尺度有限元的研究方法,获得该复合材料在微观尺度和细观尺度下的等效力学性能及损伤破坏过程。在微观尺度的研究中,利用基于分子动力学的随机堆积算法建立用于研究微观尺度纤维束的单胞模型。使用周期性边界条件、均匀化理论以及韦布尔随机强度分布,获得了微观尺度纤维束的等效弹性参数、强度和断裂应变,并讨论了各方向微观尺度损伤破坏的过程。在细观尺度研究中,基于实际复合材料的光学显微镜图像,建立细观尺度编织体单胞模型。采用三维Hashin强度准则来判断纤维束的损伤破坏,进而获得二维编织SiC/SiC陶瓷基复合材料的等效弹性参数和强度。随后,将面内拉伸有限元仿真等效应力-应变曲线及损伤云图与试验结果进行比较。结果表明,有限元结果与试验吻合良好,说明多尺度有限元方法可以准确的预测该类型复合材料的力学性能和损伤破坏行为。针对二维编织SiC/SiC陶瓷基复合材料在制备过程中将产生孔隙的现象,建立了随机孔隙单元分布的细观尺度有限元模型,讨论了孔隙率大小对该复合材料等效弹性性能、强度以及断裂应变的影响。结果表明,随着孔隙率的增加,材料的等效弹性参数、强度呈下降趋势,断裂应变趋势存在差异。其中面内拉伸的断裂应变呈现出先增加后减少的趋势,面外拉伸和面内剪切呈现出增加的趋势。此现象说明孔隙率对二维编织SiC/SiC陶瓷基复合材料具有一定程度的增韧效果。