[發明專利]氧化環境中單向C/SiC復合材料細觀應力的檢測方法

無效

• 申請號: 201110230422.4
• 申請日: 2011-08-11
• 公開（公告）號: CN102339348A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 許英杰;張衛紅
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種氧化環境中單向C/SiC復合材料細觀應力的檢測方法，其特征在于包括下述步驟：

(a)根據已知的單向C/SiC復合材料的周期性微結構幾何參數以及各組分材料性能，構建初始狀態下的單向C/SiC復合材料周期性微結構的二維網格模型；網格模型包含孔隙網格、碳纖維束網格、碳界面網格和碳化硅基體網格；

(b)對于碳-氧氣反應界面上的含碳網格，有如下的氧化反應動力學方程：

??????????????K_INCt＝ρ_IΔx/M_I，K_FNCt＝ρ_FΔx/M_F????(1)

式中，K_I是碳界面的氧化反應速率常數，ρ_I是碳界面的密度，N_I是碳界面的摩爾質量，K_F是碳纖維束的氧化反應速率常數，ρ_F是碳纖維束的密度，M_F是碳纖維束的摩爾質量；C是碳-氧氣反應界面處的氧氣濃度；N是該含碳網格相鄰的孔隙網格的個數；Δx是網格的邊長；t是氧化反應時間；其中，碳纖維束的氧化反應速率常數K_F、碳界面的氧化反應速率常數K_I由以下公式計算：

KF=6452.35exp(-EaF/RT),]]>K_I＝10K_F????(2)

式中，是碳纖維束的氧化反應活化能；T是環境溫度；R是氣體普適常數，R等于8.3145J/mol·K；

反應面的氧氣濃度由以下公式計算：

??????????????????????????????C＝P/RT??????????????????(3)

P是空氣中的氧氣分壓；

由式(1)計算得到完全消耗碳界面、碳纖維束網格內的碳所需反應時間分別為：

?????????????????t＝ρ_IΔx/M_IK_INC，t＝ρ_FΔx/M_FK_FNC????(4)

以公式(1)、(4)為基礎，迭代模擬指定氧化時間內的微結構氧化過程，建立相應的氧化后的微結構二維網格模型，具體迭代過程包括如下三步：

第一步：針對反應界面上所有含碳網格，采用式(4)計算各網格內的碳被完全氧化消耗所需要的時間；

第二步：在第一步計算得到的全部時間中，選取一個最短時間作為時間步長代入到氧化反應動力學方程即式(1)，計算出反應界面上所有含碳網格在該時間步長內的氧化消耗情況，完全消耗的含碳網格將被孔隙網格替換，沒有完全消耗的含碳網格依然保持其原有的材料屬性，網格內的碳的含量要減去氧化消耗的量；

第三步：重復第一步和第二步，直到累加的時間步長達到指定的氧化時間，得到該時刻的微結構二維網格模型；

(c)對氧化后的二維網格模型的孔隙邊界進行光順化處理，將鋸齒形的空隙邊界轉化為光滑的曲線，得到氧化后的微結構二維剖面模型，以氧化后的微結構二維剖面模型為基礎，采用有限元軟件ANSYS生成氧化后的微結構三維有限元模型；

(d)對微結構三維有限元模型施加周期性位移邊界條件，保證外界載荷作用下的復合材料應力應變場的周期性和連續性；

(e)對微結構三維有限元模型施加載荷邊界條件，采用有限元軟件ANSYS進行有限元分析計算，得到微結構內的細觀應力場分布。