[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

本發明提供了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，屬于復合材料疲勞遲滯回線預測技術領域。本發明提供的方法具體是分析編織陶瓷基復合材料基體以及纖維碎斷過程，確定基體裂紋隨機開裂過程以及纖維斷裂概率和完好纖維承擔應力；基于卸載與重新加載滑移機理，獲得考慮基體與纖維碎斷的編織陶瓷基復合材料卸載與重新加載本構關系，以此預測編織陶瓷基復合材料應力?應變遲滯回線。本發明提供的方法考慮了基體與纖維碎斷因素對疲勞遲滯回線的影響，能夠準確地預測基體與纖維碎斷對編織陶瓷基復合材料造成的損傷問題，提高了編織陶瓷基復合材料遲滯回線預測的準確性。

技術領域

本發明涉及復合材料疲勞遲滯回線預測技術領域，尤其涉及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。

背景技術

編織陶瓷基復合材料具有耐高溫、耐腐蝕、低密度、高比強、高比模等優點，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，目前已經應用于航空發動機燃燒室、渦輪導向葉片、渦輪殼環、尾噴管等。由CFM公司研制的LEAP(Leading EdgeAviation Propulsion)系列發動機，高壓渦輪采用了編織陶瓷基復合材料部件，LEAP-1B發動機為空客A320和波音737MAX提供動力，LEAP-X1C發動機為大型飛機C919提供動力。

為了保證編織陶瓷基復合材料在飛機和航空發動機結構中使用的可靠性與安全性，國內外研究人員將陶瓷基復合材料性能評估、損傷演化、強度與壽命預測工具的開發作為陶瓷基復合材料結構部件適航取證的關鍵。在疲勞載荷作用下，編織陶瓷基復合材料出現基體多開裂、纖維/基體界面脫粘與滑移等多重損傷機制，使得卸載與重新加載過程中應力-應變曲線出現明顯的遲滯現象。

目前針對編織陶瓷基復合材料疲勞遲滯回線的研究，未考慮基體與纖維碎斷對遲滯回線的影響(李龍彪，纖維增強陶瓷基復合材料疲勞遲滯回線模型研究[J]，力學學報，2014，5：710-729)。如何考慮基體與纖維碎斷對編織陶瓷基復合材料疲勞遲滯回線的影響，監測基體與纖維碎斷對復合材料造成的損傷，是編織陶瓷基復合材料結構實際工程應用需要解決的關鍵技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供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，本發明提供了方法考慮了基體與纖維碎斷因素對疲勞遲滯回線的影響，能夠準確地預測基體與纖維碎斷對編織陶瓷基復合材料造成的損傷問題，提高了編織陶瓷基復合材料遲滯回線預測的準確性。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了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。