[發(fā)明專利]氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷的疲勞壽命預測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710729024.4
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107449894B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊自春;陳國兵;曹躍云;袁虎;袁碩偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01N33/38
• 分類號: G01N33/38
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

本發(fā)明公開了一種氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷的疲勞壽命預測方法，該預測方法綜合考慮了材料所受的平均載荷、載荷梯度、尺寸效應以及疲勞極限的不確定性的影響因素，充分展現(xiàn)了交變負荷作用下初始缺陷處的應力集中情況，結(jié)合實際工況和改進后的裂紋擴展公式?Forman公式，將模糊理論與經(jīng)典Miner線性損傷累積法則相結(jié)合，建立了復雜載荷作用下氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷裂紋形成壽命和裂紋擴展壽命的預測模型。本發(fā)明方法從宏細觀方面提高了對陶瓷材料進行疲勞壽命預測的精度，較大地減小了傳統(tǒng)脆性陶瓷材料在壽命預測方面的誤差，在作為氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷疲勞壽命預測和維修決策的依據(jù)的同時，也為顆粒增強型陶瓷材料的疲勞壽命預測提供了依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及疲勞壽命預測方法，具體涉及一種氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷的疲勞壽命預測方法。

背景技術(shù)

氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷裂紋的壽命周期，涵蓋了裂紋由缺陷處萌生到材料斷裂失效等各個階段的持續(xù)時間。材料在孔隙、缺口等缺陷部位的應力集中，往往會助長裂紋的形成；材料裂紋尖端應力場及初始和臨界裂紋尺寸，常常影響著裂紋的擴展行為；都或多或少地約束著陶瓷材料的整個疲勞壽命周期和自身強度。再加上平均應力、應力梯度、尺寸效應的影響和材料自身疲勞極限的不確定性，使得對氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷進行疲勞壽命預測顯得尤為復雜。

專家學者對傳統(tǒng)脆性陶瓷材料的裂紋形成壽命和裂紋擴展壽命進行了廣泛研究，提出了名義應力法、局部應力法和場強法等多種預測疲勞壽命的方法。傳統(tǒng)裂紋擴展公式——Pair公式，忽略了材料所受外部平均載荷的影響，也未考慮到材料自身微觀結(jié)構(gòu)的作用；傳統(tǒng)的Miner法則雖然計算簡便，但是也忽略了載荷間的相互作用以及加載次序?qū)Σ牧掀跇O限的影響。將Pair公式與Miner線性累積損傷理論相結(jié)合，雖然能通過調(diào)整損傷參量的值反映交變應力間的干涉和超載遲滯效應，但是隨著氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷的不斷推廣運用，在預測其疲勞裂紋壽命方面還存在較大誤差。因此，探究一種提高氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷疲勞壽命預測精度的新方法，不僅可用于指導氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷在工程實際中的維護與保養(yǎng)，而且還可為同類顆粒增強型陶瓷材料的疲勞壽命預測提供參考。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服上述背景技術(shù)的不足，而提供一種氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷的疲勞壽命預測方法，該方法將模糊理論與傳統(tǒng)線性損傷累積法則相結(jié)合的模糊Miner疲勞壽命預測模型，提高了材料疲勞壽命預測的精度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷的疲勞壽命預測方法，包括如下步驟：

步驟1：首先結(jié)合氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷運用的工程實際及其自身的細觀函數(shù)關(guān)系，從宏觀和細觀方面探究氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷在缺陷處的應力集中和損傷累積情況，將氮化硅結(jié)合碳化硅耐火陶瓷三相復合系統(tǒng)中的碳化硅顆粒相與界面相相結(jié)合生成復合球模型，用損傷參數(shù)D與界面相參數(shù)q可將其在穩(wěn)態(tài)溫度下的受拉損傷演化過程中的細觀函數(shù)關(guān)系作表示如下：

步驟2：綜合裂紋生成的宏觀和細觀條件，充分考慮孔隙、缺口缺陷處所受的平均載荷、載荷梯度、疲勞極限的不確定性與尺寸效應的影響，結(jié)合模糊理論和Miner法則建立模糊Miner模型來表述材料的裂紋形成壽命：