C/SiC材料疲劳试验加载频率的数值研究①

周亚东， 费庆国， 吴邵庆， 谭志勇

(1. 东南大学工程力学系，江苏 南京 210096；2. 美国西北大学机械工程系，埃文斯顿，伊利诺伊 60208;3. 江苏省工程力学分析重点实验室，江苏 南京 210096；4. 空间物理国家重点实验室，北京 100076)

C/SiC材料疲劳试验加载频率的数值研究①

周亚东1, 2， 费庆国1, 3， 吴邵庆3， 谭志勇4

(1. 东南大学工程力学系，江苏 南京 210096；2. 美国西北大学机械工程系，埃文斯顿，伊利诺伊 60208;3. 江苏省工程力学分析重点实验室，江苏 南京 210096；4. 空间物理国家重点实验室，北京 100076)

材料S-N曲线和结构动应力响应是声疲劳寿命评估的两个要素，而热结构材料C/SiC的S-N曲线具有强的频率依赖性。为得到典型C/SiC材料热结构声疲劳寿命评估可用的S-N曲线，分析了随机信号的水平穿越问题，导出随机信号的正斜率穿越率计算公式。论证了随机信号的正斜率零穿越率表征了信号的统计平均频率，且可直接由功率谱密度函数计算得到。对一C/SiC加筋壁板在声压载荷下的随机动响应进行数值仿真，在声载荷下壁板3个典型部位动应力响应的平均频率的最大值为532 Hz，数值算例验证了正斜率零穿越率与随机信号在单位时间内的循环次数近似相等。因此在对该结构寿命评估前，测定材料S-N曲线应使试验加载频率尽可能接近532 Hz。

声疲劳；C/SiC材料；S-N曲线；频率依赖性；加载频率

引 言

陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites, CMCs)具有耐高温、高比强度、高比刚度、热稳定性好等优点，成为高超声速飞行器热防护系统(Thermal Protection System, TPS)和热结构(Hot Structure)的理想材料[1-2]。作为目前高超声速飞行器……