[發明專利]一種考慮基體與纖維碎斷的編織陶瓷基復合材料疲勞遲滯回線的預測方法

在審

• 申請號: 202110259251.1
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113032982A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 李龍彪
• 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;G06F30/17;G06F30/15;G16C60/00;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 馬小星

1.一種考慮基體與纖維碎斷的編織陶瓷基復合材料疲勞遲滯回線的預測方法，包括以下步驟：

(1)根據基體隨機開裂理論，分析編織陶瓷基復合材料基體碎斷過程，基于基體開裂特征及碎斷長度，將編織陶瓷基復合材料基體裂紋劃分為短裂紋、中裂紋和長裂紋；根據基體隨機開裂理論，得到基體裂紋隨機開裂過程，所述基體裂紋隨機開裂過程由短裂紋分布函數、中裂紋分布函數和長裂紋分布函數表示；

分析編織陶瓷基復合材料纖維碎斷過程，基于總體載荷承擔準則，得到纖維斷裂概率和完好纖維承擔應力；

(2)根據斷裂力學界面脫粘準則，基于界面脫粘和滑移機理，分別建立界面脫粘長度方程、卸載界面反向滑移長度方程和重新加載界面新滑移長度方程；

(3)根據基體碎斷理論，基于所述步驟(1)中的基體裂紋隨機開裂過程、纖維斷裂概率和完好纖維承擔應力以及所述步驟(2)中界面脫粘長度方程、卸載界面反向滑移長度方程和重新加載界面新滑移長度方程，建立短裂紋卸載應力-應變關系方程、短裂紋重新加載應力-應變關系方程、中裂紋卸載應力-應變關系方程、中裂紋重新加載應力-應變關系方程、長裂紋卸載應力-應變關系方程和長裂紋重新加載應力-應變關系方程，進而建立編織陶瓷基復合材料遲滯回線應力-應變關系方程，以此預測考慮基體與纖維碎斷的編織陶瓷基復合材料疲勞遲滯回線。

2.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，所述步驟(1)中，短裂紋、中裂紋和長裂紋分別為：

短裂紋，L_crackingL_debonding；

中裂紋，L_debondingL_cracking2L_debonding；

長裂紋，2L_debondingL_cracking；

其中，L_cracking為基體裂紋間距，L_debonding為界面脫粘長度；

所述編織陶瓷基復合材料基體碎斷過程由式1～5所示公式確定：

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

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為參考長度，σ₀為參考應力，m為基體威布爾模量。

3.根據權利要求2所述的預測方法，其特征在于，所述步驟(1)中，編織陶瓷基復合材料纖維碎斷過程由式7～9所示公式確定：

其中，Ф為完好纖維承擔應力，q為纖維斷裂概率，Ф_b為斷裂纖維承擔載荷，m_f為纖維威布爾模量，σ_fc為纖維特征強度，χ為復合材料沿應力加載方向纖維有效體積含量系數，V_f為復合材料中纖維體積含量。

4.根據權利要求3所述的預測方法，其特征在于，所述步驟(2)中，斷裂力學界面脫粘準則滿足式10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)為纖維相對基體軸向位移，r_f為纖維半徑，τ_i為界面脫粘區摩擦剪應力，F為基體裂紋平面纖維承擔載荷。