[發(fā)明專利]一種考慮基體碎斷的編織陶瓷基復(fù)合材料裂紋張開位移的預(yù)測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110259240.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN113051720A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李龍彪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F17/11;G06F119/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 馬小星

1.一種考慮基體碎斷的編織陶瓷基復(fù)合材料裂紋張開位移的預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

(1)根據(jù)基體隨機(jī)開裂理論，分析編織陶瓷基復(fù)合材料基體開裂過程，基于基體開裂特征及碎斷長(zhǎng)度，將編織陶瓷基復(fù)合材料基體裂紋劃分為短裂紋、中裂紋和長(zhǎng)裂紋；根據(jù)基體隨機(jī)開裂理論，得到基體裂紋隨機(jī)開裂過程，所述基體裂紋隨機(jī)開裂過程由短裂紋分布函數(shù)、中裂紋分布函數(shù)和長(zhǎng)裂紋分布函數(shù)表示；

(2)根據(jù)斷裂力學(xué)界面脫粘準(zhǔn)則，建立界面脫粘長(zhǎng)度方程；

(3)根據(jù)纖維相對(duì)基體在界面處滑移機(jī)理，基于所述步驟(1)中的基體裂紋隨機(jī)開裂過程以及步驟(2)得到的界面脫粘長(zhǎng)度方程，分別建立短裂紋張開位移方程、中裂紋張開位移方程和長(zhǎng)裂紋張開位移方程，以此預(yù)測(cè)考慮基體碎斷的編織陶瓷基復(fù)合材料裂紋張開位移。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(1)中，短裂紋、中裂紋和長(zhǎng)裂紋分別為：

短裂紋，L_crackingL_debonding；

中裂紋，L_debondingL_cracking2L_debonding；

長(zhǎng)裂紋，2L_debondingL_cracking；

其中，L_cracking為基體裂紋間距，L_debonding為界面脫粘長(zhǎng)度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(1)中，編織陶瓷基復(fù)合材料基體開裂過程由式1～5所示公式確定：

其中，L為初始模擬總長(zhǎng)度，L_eff為有效模擬長(zhǎng)度，P(x)為基體裂紋間距大于界面脫粘長(zhǎng)度的分布函數(shù)，P_R(x)為基體裂紋間距小于界面脫粘長(zhǎng)度的分布函數(shù)，N為基體碎斷數(shù)量，x為軸向取值，σ為應(yīng)力，n為基體碎斷密度，δ_D為狄拉克函數(shù)，φ(σ,L_eff)為基體威布爾函數(shù)；

所述φ(σ,L_eff)由式6所示公式確定：

其中，A₀為參考面積，L_R為參考長(zhǎng)度，σ₀為參考應(yīng)力，m為基體威布爾模量。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(2)中，斷裂力學(xué)界面脫粘準(zhǔn)則滿足式7所示方程：

其中，Γ_d為界面脫粘能，w_f(0)為基體裂紋平面纖維軸向位移，v(x)為纖維相對(duì)基體軸向位移，r_f為纖維半徑，τ_i為界面剪應(yīng)力，F(xiàn)為基體裂紋平面纖維承擔(dān)載荷。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(2)中，界面脫粘長(zhǎng)度方程如式8所示：

其中，V_m為復(fù)合材料中基體體積含量，E_m為基體彈性模量，E_c為復(fù)合材料彈性模量，ρ為剪滯模型參數(shù)，χ為復(fù)合材料沿應(yīng)力加載方向纖維有效體積含量系數(shù)，V_f為復(fù)合材料中纖維體積含量，E_f為纖維彈性模量。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(3)中，長(zhǎng)裂紋張開位移方程如式9所示：

其中，COD為張開位移，σ_fo為界面粘結(jié)區(qū)纖維軸向應(yīng)力，σ_mo為界面粘結(jié)區(qū)基體軸向應(yīng)力，η為界面脫粘比；

所述η由式10所示公式確定；

中裂紋張開位移方程以及短裂紋張開位移方程均如式11所示：

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述編織陶瓷基復(fù)合材料沿應(yīng)力加載方向纖維有效體積含量系數(shù)滿足式12所示公式：

其中，V_{f_loading}為復(fù)合材料沿應(yīng)力加載方向纖維體積含量。