[發明專利]考慮缺陷影響的陶瓷基纖維束復合材料彈性模量計算方法

在審

• 申請號: 202010693987.5
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111967139A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 宋迎東;于國強;高希光;謝楚陽;賈蘊發;董洪年
• 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;G01N15/08;G06F113/26
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 張明浩

1.考慮缺陷影響的陶瓷基纖維束復合材料彈性模量計算方法，其特征是：包括以下步驟：

步驟1：建立無缺陷陶瓷基纖維束復合材料的彈性模量計算模型，得到無缺陷陶瓷基纖維束復合材料的彈性模量；

步驟2：建立包含孔隙缺陷的陶瓷基纖維束復合材料的數值模型，首先計算孔隙率v_p、孔隙類型以及基體體積凈含量v_m對無孔隙缺陷陶瓷基纖維束復合材料彈性模量影響，然后建立無孔隙缺陷陶瓷基纖維束復合材料彈性模量與含孔隙缺陷陶瓷基纖維束復合材料彈性模量之間的關系；

步驟3：在步驟2含孔隙缺陷數值模型的外層基體部分加入一層剛度較小的單元，計算外層基體結合不緊密缺陷對含孔隙缺陷陶瓷基纖維束復合材料彈性模量的影響，在此基礎上建立考慮外層基體結合緊密性和孔隙的陶瓷基纖維束復合材料彈性模量計算模型；

步驟4：由于實際陶瓷基纖維束復合材料中孔隙缺陷種類、含量和分布存在差異，該差異對材料的彈性模量產生影響，故在步驟3基礎上建立含有不緊密缺陷以及多種孔隙缺陷的多重缺陷陶瓷基纖維束復合材料的彈性模量與無缺陷陶瓷基纖維束復合材料彈性模量的關系；

步驟5：通過檢測確定陶瓷基纖維束復合材料中孔隙的類型及其含量；

步驟6：基于步驟5的檢測數據計算不同類型孔隙的孔隙率；

步驟7：將步驟6所得孔隙率數據帶入步驟4建立的模型中求得陶瓷基纖維束復合材料的彈性模量。

2.根據權利要求1所述的考慮缺陷影響的陶瓷基纖維束復合材料彈性模量計算方法，其特征是：步驟1中，無缺陷陶瓷基纖維束復合材料的彈性模量的計算具體如下：

使用多項式形式的植村益次模型對無缺陷陶瓷基纖維束復合材料的拉伸彈性模量E_22-t進行計算，具體如下：

其中，E_f-2t表示纖維彈性模量，E_pyc-2t表示界面層彈性模量，E_m-t表示基體彈性模量，c表示接觸系數，a₃、a₂、a₁和a₀表示多項式擬合系數，v_m表示基體體積凈含量，v_f表示纖維體積凈含量，v_pyc表示界面層體積凈含量。

3.根據權利要求2所述的考慮缺陷影響的陶瓷基纖維束復合材料彈性模量計算方法，其特征是：步驟2中，無孔隙缺陷陶瓷基纖維束復合材料彈性模量E_22-t與含孔隙缺陷陶瓷基纖維束復合材料彈性模量E_22-t-p之間的關系如下：

PED＝k_PEDv_p

E_22-t-p＝(1-PED)E_22-t

其中，PED表示彈性模量下降百分比，E_22-t-p表示僅考慮孔隙缺陷時的彈性模量，k_PED表示孔隙作用系數，β_p表示基體體積凈含量影響因子，λ_p表示組分幾何結構影響因子，α_p表示孔隙類型影響因子。

4.根據權利要求3所述的考慮缺陷影響的陶瓷基纖維束復合材料彈性模量計算方法，其特征是：步驟3中，考慮外層基體結合緊密性和孔隙的陶瓷基纖維束復合材料彈性模量計算模型如下：

GED＝k_GEDv_p+κ_g

E_22-t-pg＝(1-GED)E_22-t-p

其中，GED表示外層基體結合不緊密導致的含孔隙缺陷陶瓷基纖維束復合材料彈性模量下降百分比，k_GED表示孔隙率作用系數，κ_g表示無孔隙時外層基體結合不緊密和基體體積凈含量變化造成的彈性模量下降百分比，β_g和ξ_g表示基體體積凈含量影響因子，α_g表示孔隙類型影響因子，由孔隙類型確定，λ_g表示組分幾何結構影響因子。