[發明專利]一種考慮斷裂纖維承載的陶瓷基復合材料強度預測方法

有效

• 申請號: 201910618452.9
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110309619B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 張盛;高希光;宋迎東
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/15;G06F30/20;G16C60/00;G06F119/14
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 上官鳳棲

1.一種考慮斷裂纖維承載的陶瓷基復合材料強度預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：將陶瓷基復合材料中每根纖維等分為多個纖維微元；

步驟2：根據纖維強度分布和纖維強度模型，確定各纖維微元的強度其中i、j表示第i根纖維上的第j個微元；

步驟3：給定陶瓷基復合材料的外載σ；

步驟4：以任一基體裂紋平面為基準面，劃定影響區，只分析影響區域內的纖維微元；

步驟5：計算每根纖維在該基體裂紋平面處的應力

步驟6：根據纖維在該基體裂紋平面處的應力計算纖維斷裂后的陶瓷基復合材料平均應力

步驟7：若則陶瓷基復合材料未斷裂，增大陶瓷基復合材料的外載為σ+Δσ并返回步驟4；否則陶瓷基復合材料斷裂，取陶瓷基復合材料斷裂前的最大平均應力為其強度S，即

其中，步驟4中，影響區長度為式中r_f是纖維半徑，v_f是纖維體積分數，τ是纖維/基體間界面剪應力；

步驟5中，計算第i根纖維在基體裂紋平面處的應力的方法為：

以該基體裂紋平面為基準面，由近到遠在影響區域內依次遍歷第i根纖維上的微元，對于第j個微元，選取纖維應力分布模型，計算得到該微元的應力判斷該微元是否斷裂，若則該微元斷裂并停止遍歷；若影響區域內所有微元都未斷裂，則該纖維在基體裂紋平面處的應力為否則計算該纖維在基體裂紋平面處的應力的方法為式中r_f是纖維半徑，v_f是纖維體積分數，τ是纖維/基體間界面剪應力，L_break為斷裂微元到基體裂紋平面的距離。

2.如權利要求1所述的一種考慮斷裂纖維承載的陶瓷基復合材料強度預測方法，其特征在于：步驟5中，選取剪滯模型來計算纖維微元應力第i根纖維上第j個微元的應力為：

式中L_flaw為該微元離最近的基體裂紋平面的距離，d是脫粘區長度，是粘結區纖維應力。

3.如權利要求2所述的一種考慮斷裂纖維承載的陶瓷基復合材料強度預測方法，其特征在于：步驟5中，選取Weibull模型來確定基體裂紋平面的位置，Weibull模型中基體裂紋等間距分布，相鄰兩個基體裂紋平面的間距L由下式確定：

式中L_sat為飽和基體裂紋密度，σ₀和m為經驗參數；根據相鄰兩個基體裂紋平面的間距L來計算該微元離最近的基體裂紋平面的距離L_flaw。

4.如權利要求1所述的一種考慮斷裂纖維承載的陶瓷基復合材料強度預測方法，其特征在于：步驟6中，計算纖維斷裂后陶瓷基復合材料平均應力的方法為：其中N_f是纖維總數，v_f是纖維體積分數。