[發(fā)明專利]一種陶瓷基復合材料結構氧化損傷及強度分析方法、裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010180377.5
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111400905A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設計）人: 宋迎東;時曉婷;高希光;于國強;張盛
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 陳月菊

1.一種陶瓷基復合材料結構氧化損傷及強度分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：

將氣體擴散控制的氧化過程用氣體在多孔介質中的擴散來描述，通過擴散系數(shù)計算陶瓷基復合材料結構中的氣體分布反映出結構氧化損傷程度的變化；

在此基礎上，以編織代表性體積單元為研究對象，根據(jù)纖維束氧化形貌及力學模型，分析纖維束的應力分布，計算出纖維束的剩余強度，采用均勻化方法最終計算出陶瓷基復合材料結構的強度。

2.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷基復合材料結構氧化損傷及強度分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：

S1，測試編織陶瓷基復合材料結構試件在高溫應力氧化環(huán)境下的氧化損傷程度，建立氧化、損傷相關的等效擴散系數(shù)場模型；

S2，根據(jù)編織陶瓷基復合材料結構的幾何外形及氧化氣氛條件，計算出該結構的等效擴散系數(shù)場，根據(jù)Fick第二定律，計算出結構內部的瞬時氧氣濃度分布情況；

S3，以編織代表性體積單元為研究對象，根據(jù)對應位置的擴散系數(shù)，計算出單元內部的氧氣濃度，結合孔隙周圍基體及纖維束的消退及氧化產(chǎn)物生成，計算出編織代表性體積單元的氧化形貌；

S4，根據(jù)擴散方程，在編織代表性體積單元模型中計算纖維束表面處的氧氣濃度，由此計算纖維束內部的氧化形貌，即纖維束內部的界面消耗及表面氧化物生成情況；

S5，根據(jù)纖維束氧化形貌及力學模型，分析纖維束的應力分布，計算出纖維束的剩余強度，采用均勻化方法最終計算出陶瓷基復合材料結構的強度。

3.根據(jù)權利要求2所述的陶瓷基復合材料結構氧化損傷及強度分析方法，其特征在于，步驟S1中，所述建立氧化、損傷相關的等效擴散系數(shù)場模型的過程包括以下步驟：

S11，以應變場分布作為表征，測試編織陶瓷基復合材料結構試件在高溫應力氧化環(huán)境下的氧化損傷程度；

S12，對應變最大值和應變最小值區(qū)域進行掃描，建立詳細幾何的多孔介質模型；

S13，根據(jù)邊界條件，通過數(shù)值模擬計算等效擴散系數(shù)；

S14，采用插值法建立氧化、損傷相關的等效擴散系數(shù)場模型。

4.根據(jù)權利要求2所述的陶瓷基復合材料結構氧化損傷及強度分析方法，其特征在于，步驟S4中，結合編織代表性體積單元的氧化形貌及等效擴散系數(shù)計算纖維束界面處的氧氣濃度，根據(jù)經(jīng)典氧化動力學模型計算出纖維束的氧化形貌。

5.根據(jù)權利要求2所述的一種陶瓷基復合材料結構氧化損傷及強度分析方法，其特征在于，步驟S5中，綜合編織代表性體積單元和纖維束內部的氧化形貌，根據(jù)力學模型計算纖維束的剩余強度。

6.一種適于陶瓷基復合材料結構的氧化損傷和強度分析裝置，其特征在于，所述分析裝置包括：

氣體擴散分析模塊，用于測試編織陶瓷基復合材料結構試件在高溫應力氧化環(huán)境下的氧化損傷程度，建立氧化、損傷相關的等效擴散系數(shù)場模型；

第一氧化形貌分析模塊，用于根據(jù)編織陶瓷基復合材料結構的幾何外形及氧化氣氛條件，計算出該結構的等效擴散系數(shù)場，根據(jù)Fick第二定律，計算出結構內部的瞬時氧氣濃度分布情況；

第二氧化形貌分析模塊，用于以編織代表性體積單元為研究對象，根據(jù)對應位置的擴散系數(shù)，計算出單元內部的氧氣濃度，結合孔隙周圍基體及纖維束的消退及氧化產(chǎn)物生成，計算出編織代表性體積單元的氧化形貌；

第三氧化形貌分析模塊，用于根據(jù)擴散方程，在編織代表性體積單元模型中計算纖維束表面處的氧氣濃度，由此計算纖維束內部的氧化形貌，即纖維束內部的界面消耗及表面氧化物生成情況；

強度分析模塊，用于根據(jù)纖維束氧化形貌及力學模型，分析纖維束的應力分布，計算出纖維束的剩余強度，采用均勻化方法最終計算出陶瓷基復合材料結構的強度。

7.一種適于陶瓷基復合材料結構的氧化損傷和強度分析系統(tǒng)，其特征在于，所述分析系統(tǒng)包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序；所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如權利要求1-5任意一項中所述陶瓷基復合材料結構氧化損傷及強度分析方法的步驟。