[發明專利]一種考慮纖維斷裂影響的編織陶瓷基復合材料振動阻尼的預測方法

在審

• 申請號: 202110259256.4
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113032983A
• 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;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纖維斷裂影響的編織陶瓷基復合材料振動阻尼的預測方法，屬于復合材料振動阻尼預測技術領域。本發明根據斷裂力學界面脫粘準則，建立編織陶瓷基復合材料動態加載界面脫粘長度方程、卸載界面反向滑移長度方程以及重新加載界面新滑移長度方程；之后根據振動載荷條件下編織陶瓷基復合材料的應變能以及纖維相對基體在界面脫粘區的能量耗散，利用上述方程建立編織陶瓷基復合材料損傷時振動阻尼方程；最后根據編織陶瓷基復合材料無損傷時振動阻尼方程以及損傷時振動阻尼方程，建立編織陶瓷基復合材料總振動阻尼方程，以此能夠準確預測考慮纖維斷裂影響的編織陶瓷基復合材料振動阻尼。

技術領域

本發明涉及復合材料振動阻尼預測技術領域，尤其涉及一種考慮纖維斷裂影響的編織陶瓷基復合材料振動阻尼的預測方法。

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(LeadingEdgeAviation 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。在振動載荷作用下，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，影響其振動阻尼。

目前針對編織陶瓷基復合材料振動阻尼的研究，未考慮纖維斷裂對振動阻尼的影響。如何考慮纖維斷裂對編織陶瓷基復合材料振動阻尼的影響，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纖維斷裂影響的編織陶瓷基復合材料振動阻尼的預測方法，本發明提供的方法考慮了纖維斷裂因素對編織陶瓷基復合材振動阻尼的影響，能夠準確地預測纖維斷裂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振動阻尼預測的準確性。

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纖維斷裂影響的編織陶瓷基復合材料振動阻尼的預測方法，包括以下步驟：

(1)根據斷裂力學界面脫粘準則，建立編織陶瓷基復合材料動態加載界面脫粘長度方程、卸載界面反向滑移長度方程以及重新加載界面新滑移長度方程；

(2)根據振動載荷條件下編織陶瓷基復合材料的應變能以及纖維相對基體在界面脫粘區的能量耗散，利用所述步驟(1)得到的編織陶瓷基復合材料動態加載界面脫粘長度方程、卸載界面反向滑移長度方程以及重新加載界面新滑移長度方程，建立編織陶瓷基復合材料損傷時振動阻尼方程；

(3)根據編織陶瓷基復合材料無損傷時振動阻尼方程以及所述步驟(2)得到的編織陶瓷基復合材料損傷時振動阻尼方程，建立編織陶瓷基復合材料總振動阻尼方程，以此預測考慮纖維斷裂影響的編織陶瓷基復合材料振動阻尼。

優選地，所述步驟(1)中，斷裂力學界面脫粘準則滿足式1所示方程：

其中，Γ_d為界面脫粘能，τ_i為界面脫粘區摩擦剪應力，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，x為軸向取值，l_d為界面脫粘長度，F為基體裂紋平面纖維承擔載荷。

優選地，所述步驟(1)中，編織陶瓷基復合材料動態加載界面脫粘長度方程如式2所示：