Оценка температурных остаточных напряжений в слоистом керамическом композите

Впервые выполнен анализ распределения температурных напряжений, возникших в слоистом керамическом диске ZrB2— SiC—ZrO2 при его изготовлении, с применением численных и аналитических методов. Численное моделирование реализовано методом конечных элементов с учетом зависимости свойств компонентов композита от температуры. Распределение остаточных напряжений поперек слоев имеет пилообразный характер, в котором напряжения принимают как отрицательные, так и положительные значения. Предложено новое аналитическое решение, основанное на упрощенной одномерной постановке задачи для центральной части диска. Это решение показало, что уровень остаточных напряжений определяется не только значениями коэффициентов термического расширения и двухосных модулей упругости соединенных материалов, но также толщиной и расположением слоев. Результаты полученного аналитического решения хорошо согласуются с результатами численного моделирования. Показано, что для оценок остаточных напряжений в слоистом композите в предположении, что свойства составляющих композита не зависят от температуры, целесообразнее брать термомеханические характеристики при высокой температуре, а не комнатной или средней температуре. Приведены результаты оценки влияния пористости на значения остаточных напряжений в слоистом керамическом композите. Установлено, что учет пористости приводит к уменьшению остаточных напряжений только в тех слоях, в которых она введена. Результаты исследования представляют основу для выполнения анализа остаточных напряжений для слоистых композитов разного состава и конкретных инженерных приложений.