[發明專利]一種金屬基復合材料在譜加載下基體裂紋擴展速率計算方法

在審

• 申請號: 202010894497.1
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112257221A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 孫志剛;牛序銘;陳西輝;劉炎;宋迎東;鄒鵬健
• 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;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

1.一種金屬基復合材料在譜加載下基體裂紋擴展速率計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：基于含局部裂紋的單胞模型和斷裂力學計算基體裂紋尖端的應力強度因子；

步驟二：基于Dugdale模型求解基體裂紋尖端塑性區尺寸；

步驟三：基于步驟二和Willenborg模型計算譜加載下金屬基復合材料有效應力強度因子；

步驟四：結合步驟一和步驟三，基于Forman公式計算金屬基復合材料在譜加載下基體裂紋擴展速率。

2.根據權利要求1所述的金屬基復合材料在譜加載下基體裂紋擴展速率計算方法，其特征在于，所述步驟一的具體步驟為：

軸向拉伸金屬基復合材料基體裂紋的擴展能夠看成是Ι型中心裂紋的擴展，金屬基復合材料在單軸拉伸時，作用在基體上的力為兩部分，其中：一部分為基體承擔的應力，另一部分為纖維橋接對裂紋產生的壓應力，纖維橋接對裂紋產生的壓應力作用在半徑為r_f的圓環上，根據疊加原理，基體裂紋尖端應力強度因子由這兩種力作用的尖端應力強度因子疊加，

基體承擔的應力作用在裂紋尖端的應力強度因子K_b為：

纖維橋接對裂紋產生的壓應力作用在裂紋尖端產生的應力強度因子K_c為：

其中：

則金屬基復合材料基體裂紋尖端強度因子K_com為：

K_com＝K_b+K_c (4)

其中，Y_b為幾何修正系數，σ_m為金屬基復合材料基體承擔的平均應力，π為圓周率，r₀為中心裂紋半徑長，r_f為金屬基復合材料纖維的半徑，σ_p為纖維橋接作用在基體裂紋上的應力，τ為界面的剪切應力，l_d為界面脫粘長度。

3.根據權利要求2所述的金屬基復合材料在譜加載下基體裂紋擴展速率計算方法，其特征在于，所述步驟二的具體步驟為：

考慮基體裂紋尖端塑性變形，基于Dugdale模型，有效裂紋長度由實際裂紋和裂紋尖端塑性區的虛擬裂紋構成，對于金屬基復合材料來說，裂紋尖端受力處理成三種載荷之和，一種是基體上的外加載荷，一種是由于纖維橋接作用在裂紋纖維段的壓應力，還有一種是塑性區裂紋范圍垂直于裂紋的壓應力；

考慮塑性區裂紋，則金屬基復合材料應力強度因子分為三種載荷疊加，

其中：σ_s為復合材料基體的屈服強度，r_p為虛擬裂紋長度，K_p表示塑性區垂直于纖維的壓應力作用于裂紋產生的應力強度因子，三種載荷作用后的疊加后的總體效果，是使裂紋尖端的奇異性消失，即：

K_b+K_c+K_p＝0 (6)

聯立公式(5)、公式(6)求解出虛擬裂紋長度r_p。