[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

本發明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，步驟如下：建立無缺陷陶瓷基纖維束復合材料的彈性模量計算模型，建立包含孔隙缺陷的陶瓷基纖維束復合材料的數值模型；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，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；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；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；計算孔隙率；將孔隙率帶入求得陶瓷基纖維束復合材料的彈性模量。本發明實現了含缺陷陶瓷基纖維束復合材料彈性模量的準確計算。

技術領域

本發明屬于復合材料力學行為試驗領域，具體涉及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。

背景技術

陶瓷基纖維束復合材料是由一束纖維制備而成的特殊陶瓷基復合材料，它是編織陶瓷基復合材料中的主要承力單元。陶瓷基纖維束復合材料的力學性能是決定編織陶瓷基復合材料的總體力學性能的主要因素。

由于陶瓷基纖維束復合材料制備工藝的特點，材料內部不可避免的存在諸如基體結合不緊密和孔隙缺陷等。基體結合不緊密時材料內外的變形不協調，影響了載荷的傳遞。孔隙對陶瓷基纖維束復合材料的彈性性能也存在較大的影響。孔隙一方面將使材料的名義截面積變大，導致其單位面積的承載能力降低。此外，孔隙還會使得材料內部結構變得松散，部分區域被孤立從而無法有效傳力。可見，要準確得到陶瓷基纖維束復合材料的彈性模量必須考慮缺陷帶來的影響。然而，現有工作中缺乏針對陶瓷基纖維束復合材料缺陷及其影響規律的研究，尚無法實現陶瓷基纖維束復合材料彈性模量的準確計算。

因此，有必要提供一種能考慮缺陷影響的陶瓷基纖維束復合材料彈性模量計算模型，以實現陶瓷基纖維束復合材料彈性模量的準確計算。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種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，以實現陶瓷基纖維束復合材料彈性模量的準確計算。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：

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，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。

為優化上述結構形式，采取的具體措施還包括：

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：