[發(fā)明專利]層狀陶瓷基復(fù)合材料熱?損傷耦合強度間接測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710753234.7
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107421838A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王如轉(zhuǎn);李衛(wèi)國;李定玉;邢安;賈碧;張均;王靜;李曉博
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶科技學(xué)院
• 主分類號: G01N3/60
• 分類號: G01N3/60;G01N3/18
• 代理公司: 重慶蘊博君晟知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)50223
• 代理人: 鄭勇

1.一種層狀陶瓷基復(fù)合材料熱-損傷耦合強度間接測量方法，其特征在于：依據(jù)測得的陶瓷基復(fù)合材料彈性模量與熱膨脹系數(shù)隨溫度變化的實驗數(shù)據(jù)/經(jīng)驗公式、參考溫度下陶瓷基體的斷裂表面能、層狀結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立可計及溫度、溫度相關(guān)性彈性模量、溫度相關(guān)性熱膨脹系數(shù)影響的層狀材料熱-損傷耦合強度的數(shù)學(xué)式模型，計算不同溫度下層狀陶瓷基復(fù)合材料熱-損傷耦合強度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀陶瓷基復(fù)合材料熱-損傷耦合強度間接測量方法，其特征在于：建立可計及溫度、溫度相關(guān)性彈性模量、溫度相關(guān)性熱膨脹系數(shù)影響的層狀材料熱-損傷耦合強度的數(shù)學(xué)式模型的步驟包括：

步驟一、建立層狀陶瓷基復(fù)合材料不同溫度下層間殘余熱應(yīng)力與彈性模量及熱膨脹系數(shù)的數(shù)學(xué)模型為

σres1(T)=-nE1(T)E2(T)d2(α2(T)-α1(T))(Ts-T)n(1-v1(T))E2(T)d2+(n+1)(1-v2(T))E1(T)d1]]>

σres2(T)=(n+1)E1(T)E2(T)d1(α2(T)-α1(T))(Ts-T)n(1-v1(T))E2(T)d2+(n+1)(1-v2(T))E1(T)d1]]>

式中，σ_res1(T)為材料1層所受的溫度相關(guān)性殘余熱應(yīng)力即σ_res1(T)為溫度T下對應(yīng)的材料1層殘余熱應(yīng)力，σ_res2(T)為材料2層所受的溫度相關(guān)性殘余熱應(yīng)力，α₁(T)和α₂(T)分別為材料1層和材料2層的溫度相關(guān)性熱膨脹系數(shù)，E₁(T)和E₂(T)分別為材料1層和材料2層的溫度相關(guān)性彈性模量，ν₁(T)和ν₂(T)分別為材料1層和材料2層的溫度相關(guān)性泊松比，d₁和d₂分別為材料1層和材料2層的厚度，n為材料2層的層數(shù)，n+1為材料1層的層數(shù)，T_s為燒結(jié)溫度，T為溫度；

步驟二、建立溫度相關(guān)性裂紋尖端總的應(yīng)力強度因子的數(shù)學(xué)式模型為

K(T)=2(σa+σres1(T))(Cπ)1/2{1.152[1-(R2/C2)1/2]+(1-R2C2)1/2[1+0.5R2C2+0.522R4C4]}+2AP(T)R1/2π1/2{(1+s/R)1/2[1-(1-1(1+s/R)2)1/2]+12(1+s/R)3/2(1-1(1+s/R)2)1/2}]]>

式中，K(T)為材料1層溫度相關(guān)性裂紋尖端總的應(yīng)力強度因子，σ_a為外部應(yīng)力，R為材料1層顆粒尺寸，s為材料1層缺陷尺寸，P(T)為材料1層溫度相關(guān)性兩相間殘余熱應(yīng)力，A為應(yīng)力釋放因子，C＝R+s；

步驟三、建立材料的溫度相關(guān)性斷裂韌性數(shù)學(xué)式模型為

KIC(T)=[2γ(T)E1(T)1-v1(T)2]1/2]]>

式中，K_IC(T)為陶瓷基復(fù)合材料溫度相關(guān)性斷裂韌性，γ(T)為陶瓷基體的溫度相關(guān)性斷裂表面能；

步驟四、建立層狀陶瓷基復(fù)合材料熱-損傷耦合強度數(shù)學(xué)式模型為

σf(T)=1Φc(πγ0E1(T)2R(1+s/R)(1-v1(T)2)[1-∫0TCp(T)dT∫0TmCp(T)dT])1/2-AP(T)ΦtΦc+nE1(T)E2(T)d2(α2(T)-α1(T))(Ts-T)n(1-v1(T))E2(T)d2+(n+1)(1-v2(T))E1(T)d1]]>

式中，

Φc=1.152[1-(1-R2/(R+s)2)1/2]+(1-R2(R+s)2)1/2[1+0.5R2(R+s)2+0.522R4(R+s)4]]]>

Φt=1-(1-1(1+s/R)2)1/2+12(1+s/R)2(1-1(1+s/R)2)1/2]]>

σ_f(T)為層狀材料熱-損傷耦合強度，γ₀為參考溫度下陶瓷基體的斷裂表面能，T_m為陶瓷基體的熔點，C_p(T)為溫度T及壓強p下對應(yīng)的陶瓷基體的比熱容。