[发明专利]一种模拟陶瓷基复合材料失效机理的统一代表性体积元

权利要求书

1.一种模拟陶瓷基复合材料失效机理的统一代表性体积元，其特征在于：包括基体、纤维、界面层和横向裂纹，基体和纤维都定义为脆性材料，为实体单元，采用Stassi准则和最大应力准则判定其失效，分别模拟了基体开裂和纤维断裂两种失效模式；界面层和横向裂纹采用零厚度内聚力单元进行模拟，当外部载荷达到一定水平，内聚力单元失效，基体开裂或者界面脱粘，分别模拟了基体开裂和界面脱粘两种失效模式；即将陶瓷基复合材料的三种失效模式，即基体开裂、界面脱粘和纤维断裂，统一地采用一个代表性体积元进行研究；

实现步骤如下：

(1)首先建立基体的正方体模型；

(2)建立纤维的圆柱、1/2圆柱和1/4圆柱模型；

(3)将基体与纤维装配，并进行布尔操作，减去基体中和纤维重合的部分；

(4)采用拆分体操作，在横向裂纹的相应位置对基体进行拆分；

(5)进行有限元网格划分，在横向裂纹与基体/纤维界面处生成零厚度的内聚力单元；

(6)定义基体、纤维、界面层和横向裂纹的失效模型。

2.根据权利要求1所述的一种模拟陶瓷基复合材料失效机理的统一代表性体积元，其特征在于：统一代表性体积元的长宽高尺寸为1mm*1mm*1mm，纤维按照六边形规则排列在基体内部，通过纤维的直径调节复合材料的纤维体积比：第1纵列纤维包含4根1/2纤维、2根1/4纤维；第2纵列纤维包含5根完整纤维；第3纵列纤维包含4根完整纤维、2根1/2纤维；第4纵列纤维包含5根完整纤维；第5纵列纤维包含4根完整纤维、2根1/2纤维；第6纵列纤维包含5根完整纤维；第7纵列纤维包含4根1/2纤维、2根1/4纤维。

3.根据权利要求1所述的一种模拟陶瓷基复合材料失效机理的统一代表性体积元，其特征在于：界面层内聚力单元厚度为零，当产生I型裂纹破坏时，内聚力单元完全失效；当产生II/III型裂纹破坏时，内聚力单元仍然能够保留一定强度，用于模拟脱粘之后的摩擦力。

4.根据权利要求1所述的一种模拟陶瓷基复合材料失效机理的统一代表性体积元，其特征在于：横向裂纹内聚力单元厚度为零，当产生I/II/III型裂纹破坏时，内聚力单元都完全失效，表征基体开裂，横向裂纹的间距根据实验观测得到的饱和裂纹密度决定。

5.根据权利要求1所述的一种模拟陶瓷基复合材料失效机理的统一代表性体积元，其特征在于：纤维断裂具有概率性，模型中定义的纤维强度值服从威布尔概率分布模型。