[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(kāi)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(kāi)（公告）號(hào): CN113051720A
• 公開(kāi)（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

本發(fā)明提供了一種考慮基體碎斷的編織陶瓷基復(fù)合材料裂紋張開(kāi)位移的預(yù)測(cè)方法，屬于復(fù)合材料裂紋張開(kāi)位移預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明分析編織陶瓷基復(fù)合材料基體開(kāi)裂過(guò)程，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(kāi)裂理論，得到基體裂紋隨機(jī)開(kāi)裂過(guò)程；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；最后根據(jù)纖維相對(duì)基體在界面處滑移機(jī)理，基于所述基體裂紋隨機(jī)開(kāi)裂過(guò)程以及界面脫粘長(zhǎng)度方程，分別建立短裂紋張開(kāi)位移方程、中裂紋張開(kāi)位移方程和長(zhǎng)裂紋張開(kāi)位移方程，以此能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)考慮基體碎斷的編織陶瓷基復(fù)合材料裂紋張開(kāi)位移。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料裂紋張開(kāi)位移預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮基體碎斷的編織陶瓷基復(fù)合材料裂紋張開(kāi)位移的預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

編織陶瓷基復(fù)合材料具有耐高溫、耐腐蝕、低密度、高比強(qiáng)、高比模等優(yōu)點(diǎn)，相比高溫合金，能夠承受更高的溫度，減少冷卻氣流，提高渦輪效率，目前已經(jīng)應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、渦輪導(dǎo)向葉片、渦輪殼環(huán)、尾噴管等。由CFM公司研制的LEAP(LeadingEdgeAviation Propulsion)系列發(fā)動(dòng)機(jī)，高壓渦輪采用了編織陶瓷基復(fù)合材料部件，LEAP-1B發(fā)動(dòng)機(jī)為空客A320和波音737MAX提供動(dòng)力，LEAP-X1C發(fā)動(dòng)機(jī)為大型飛機(jī)C919提供動(dòng)力。

為了保證編織陶瓷基復(fù)合材料在飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中使用的可靠性與安全性，國(guó)內(nèi)外研究人員將陶瓷基復(fù)合材料性能評(píng)估、損傷演化、強(qiáng)度與壽命預(yù)測(cè)工具的開(kāi)發(fā)作為陶瓷基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件適航取證的關(guān)鍵。在外載荷作用下，基體裂紋張開(kāi)導(dǎo)致復(fù)合材料內(nèi)部出現(xiàn)氧化損傷，影響復(fù)合材料強(qiáng)度及壽命。

目前針對(duì)編織陶瓷基復(fù)合材料基體裂紋張開(kāi)位移的研究，未考慮基體碎斷對(duì)裂紋張開(kāi)位移的影響。如何考慮基體碎斷因素對(duì)編織陶瓷基復(fù)合材料裂紋張開(kāi)位移的影響，是編織陶瓷基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)實(shí)際工程應(yīng)用需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種考慮基體碎斷的編織陶瓷基復(fù)合材料裂紋張開(kāi)位移的預(yù)測(cè)方法，本發(fā)明提供的方法考慮了基體碎斷因素對(duì)編織陶瓷基復(fù)合材料裂紋張開(kāi)位移的影響，能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)編織陶瓷基復(fù)合材料短裂紋、中裂紋以及長(zhǎng)裂紋張開(kāi)位移。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種考慮基體碎斷的編織陶瓷基復(fù)合材料裂紋張開(kāi)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(kāi)裂理論，分析編織陶瓷基復(fù)合材料基體開(kāi)裂過(guò)程，基于基體開(kāi)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(kāi)裂理論，得到基體裂紋隨機(jī)開(kāi)裂過(guò)程，所述基體裂紋隨機(jī)開(kāi)裂過(guò)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(kāi)裂過(guò)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(kāi)位移方程、中裂紋張開(kāi)位移方程和長(zhǎng)裂紋張開(kāi)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(kāi)位移。

優(yōu)選地，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。