通过大规模数值模拟与同步辐射X射线微计算机断层扫描的直接对比分析SiC/SiC复合管损伤起始机制

摘要： 损伤起始是理解陶瓷基复合材料力学行为的重要问题。本研究通过FFT模拟与原位单轴拉伸试验中同步进行的微计算机断层扫描(μCT)观测紧密结合，对编织SiC/SiC复合管材展开研究——该技术既能呈现包含局部微观结构几何特征的完整真实微观结构，又能定位损伤初始阶段的裂纹位置。实验证明FFT方法适用于管状结构，且能在短时间内高效完成全分辨率μCT扫描（约67亿体素）的大规模模拟。研究量化了实际非严格周期性微观结构上采用数值周期性边界条件所产生的边缘效应，并将获得的应力场与同批次复合管材原位μCT观测到的裂纹进行了一一比对。这种精准对比表明：裂纹优先在纤维束界面处起始，这些区域通常存在大孔隙锐利边缘并产生应力集中。