Моделирование деструкции углерод-керамического композиционного материала


Авторы

Баринов Д. Я.*, Просунцов П. В.**

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1, Москва, 105005, Россия

*e-mail: dybarinov@gmail.com
**e-mail: pavel.prosuntsov@mail.ru

Аннотация

Сформулированы физическая и математическая модели деструкции представительного элемента пористого углерод-керамического композиционного материала, состоящего из углеродных волокон, покрытых карбидом кремния. Для решения математической модели был применен метод конечных элементов. Скорость деструкции карбида кремния определялась расчетным путем в зависимости от температуры и давления, скорость уноса углеродных волокон получена на основе экспериментальных данных. При выполнении моделирования установлен механизм деструкции материала и выявлены процессы, вносящие наибольший вклад в скорость разрушения. По результатам моделирования было проведено сравнение с экспериментальными результатами, полученными после испытаний образцов материала в индукционном плазмотроне.

Ключевые слова

математическая модель, композиционный материал, углерод-керамический материал, окисление, карбид кремния, микромодель, метод конечных элементов

Библиографический список

  1. Eakins E., Jayaseelan D.D., Lee W.E. Toward oxidation-resistant ZrB2-SiC ultra high temperature ceramics // Metallurgical and Materials Transactions A. 2011. V. 42A. P. 878–887.

  2. Narottam P.B., Jacques L. Ceramic Matrix Composites: Materials, Modeling and Technology. New York: WILEY, 2015. 712 p.

  3. Богачев Е.А., Тимофеев А.Н. Свойства конструкционного окислительно-стойкого композиционного материала с карбидокремниевой матрицей из газовой фазы монометилсилана для изделий авиакосмической техники // Труды конференции «Высокотемпературные керамические композиционные материалы и защитные покрытия», ФГУП ВИАМ, 2014.

  4. Резник С.В., Михайловский К.В., Просунцов П.В.Тепломассообмен при газофазном осаждении карбида кремния в пористый углерод-углеродный композиционный материал тепловой защиты // Инженерно-физический журнал. 2017. Т. 90. № 2. С. 314–324.

  5. Vignoles G.L., Aspa Y., Quintard M. Modelling of carbon-carbon composite ablation in rocket nozzles // Composites Science and Technology. 2010. V. 70. P. 1303–1311.

  6. Vignoles G.L., Lachaud J., Aspa Y., Goyhénèche J-M. Ablation of carbon-based materials: Multiscale roughness modeling // Composites Science and Technology. 2009. Vol. 69. Iss. 9. P. 1470–1477.

  7. Vignoles G.L., Lachaud J., Aspa Y. Environmental effects: ablation of C/C materials-surface dynamics and effective reactivity // Ceramic Matrix Composites: Materials, Modeling and Technology. 2014. Р. 353–384. DOI: 10.1016/0008-6223(95)00034-B.

  8. Ferguson J.C., Panerai F., Lachaud J., Mansour N.N. Theoretical study on the micro-scale oxidation of resin-infused carbon ablators // Carbon. 2017. V. 121. P. 552–562.

  9. Горский В.В., Гордеев А.Н., Дудкина Т.И. Расчетно-теоретическая модель аэротермохимической деструкции карбида кремния, омываемого высокотемпературным потоком воздуха // Теплофизика высоких температур. 2012. Т. 50. № 5. С. 692–699.

  10. Горский В.В., Гордеев А.Н., Васильевский С.А., Дудкина Т.И., Сысенко В.А. Апробация расчетно-теоретической модели аэротермохимической деструкции карбида кремния, омываемого высокотемпературным потоком воздуха // Инженерный журнал: наука и инновации. 2016. № 11. С. 1 — 11.

  11. Горский В.В. Теоретические основы расчета абляционной тепловой защиты. М.: Научный мир, 2015. 687 с.

  12. Просунцов П.В., Баринов Д.Я. Разработка математической модели прогрева и разрушения углерод-керамических композиционных материалов // Тепловые процессы в технике. 2017. Т. 9. № 7. С. 311–318.

  13. Богачев Е.А. Высокотемпературные конструкционные композиционные материалы с минимальной структурной ячейкой // Композиты и наноструктуры. 2017. Т. 9. № 1. С. 12–23.

  14. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. М.: Атомиздат, 1967. 474 с.



Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024