[發明專利]一種纖維增強復合材料環狀結構周向拉伸性能表征方法

有效

• 申請號: 202011114732.5
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112304756B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 陳官峰;王學衛;秦秀云;馮嬌;李樂
• 申請（專利權）人: 中國航發四川燃氣渦輪研究院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/02;G06F30/23
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 衛媛媛

1.一種纖維增強復合材料環狀結構周向拉伸性能表征方法，其特征在于，所述方法包括：

獲取實測復合材料試棒縱向拉伸強度極限σ_bs、包套材料拉伸強度極限σ_bm、復合材料的體積分數V_c和復合材料包套的體積分數V_me；

根據σ_bs、σ_bm、V_c和V_me，利用公式σ_bc＝(σ_bs-σ_bm*V_me)/V_c，計算得到復合材料沿纖維方向拉伸強度極限σ_bc；

對所述復合材料沿纖維方向拉伸強度極限σ_bc進行修正；

對所述復合材料沿纖維方向拉伸強度極限σ_bc進行修正，具體包括：

預先設置復合材料中纖維體積分數V_f和復合材料中基體體積分數V_m；

通過實測獲取復合材料基體的彈性模量E_m和纖維彈性模量E_f；

根據力學公式，計算得到纖維初始彎曲應力σ_w；

根據所述V_f、V_m、E_m、E_f和σ_w，利用公式σ’_bc＝σ_bc-σ_w*(V_f+E_m/E_f*V_m)，計算彎曲應力修正后的拉伸強度極限σ’_bc。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，計算得到復合材料環狀結構中纖維初始彎曲應力σ_w，具體包括：

獲取復合材料環狀結構中纖維的曲率半徑ρ、纖維截面半徑r；

根據所述ρ、所述E_f、復合材料環狀結構中纖維截面的半徑r，利用公式σ_w＝E_f/ρ*r，計算得到復合材料環狀結構中纖維初始彎曲應力σ_w。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，包套材料拉伸強度極限σ_bm的獲取方法，具體包括：

制取與包套材料同材料的標準試樣；

將標準試樣置于復合材料試棒的加工設備中，使其與復合材料試棒經歷相同的工藝過程；

利用拉伸試驗機測取包套材料試樣的拉伸強度極限σ_bm。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，復合材料的體積分數V_c獲取方法，具體包括：

復合材料試棒斷裂后，切取復合材料斷面，切取位置應遠離斷口；

實測復合材料試棒斷面的直徑R、包套厚度b；

根據所述R、b，利用公式V_c＝(R-2b)²/R²，計算得到包套體積分數V_c。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，實測獲取復合材料基體的彈性模量E_m獲取方法，具體包括：

制取與復合材料基體材料相同材料的標準試樣；

將標準試樣置于復合材料試棒的加工設備中，使其與復合材料試棒經歷相同的工藝過程；

利用拉伸試驗機測取復合材料基體的彈性模量E_m。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，復合材料環狀結構中纖維曲率半徑ρ的獲取方法，具體包括：

將復合材料視為均勻材料，采用宏觀有限元法分析得到復合材料環狀結構的應力場，測取復合材料周向應力最大位置與旋轉中心的距離，得到復合材料環狀結構中纖維曲率半徑ρ。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，方法還包括：

根據宏觀有限元法結果獲取復合材料環狀結構的最大周向應力σ_z；

當σ_zσ’_bc時，認為復合材料環狀結構將發生破壞。