[发明专利]一种编织陶瓷基复合材料模量衰退的预测方法

权利要求书

1.一种考虑环境影响的编织陶瓷基复合材料模量衰退的预测方法，包括如下步骤：

(1)在所述编织陶瓷基复合材料出现基体开裂和界面脱粘损伤后，根据剪滞模型，构建与温度条件下界面脱粘区摩擦剪应力相关的纤维轴向应力分布方程、基体轴向应力分布方程和界面脱粘区剪应力沿纤维轴向应力分布方程；

将所述纤维轴向应力分布方程、基体轴向应力分布方程、界面脱粘区剪应力沿纤维轴向的应力分布方程结合断裂力学界面脱粘准则，构建界面脱粘区长度方程；

(2)通过所述界面脱粘区长度方程，利用纤维径向热膨胀系数、基体径向热膨胀系数、复合材料的制备温度和复合材料的使用温度，得到界面脱粘区长度；

(3)根据随机基体开裂模型构建编织陶瓷基复合材料应力与基体裂纹间距的关系方程；再通过所述关系方程，利用饱和基体裂纹间距、基体裂纹开裂应力和基体承担应力，得到基体裂纹间距；

(4)根据峰值应力、所述步骤(2)得到的界面脱粘区长度和步骤(3)得到的基体裂纹间距，构建峰值应力-应变方程；

根据谷值应力、所述步骤(2)得到的界面脱粘区长度和步骤(3)得到的基体裂纹间距，构建谷值应力-应变方程；

(5)基于所述峰值应力、谷值应力、以及所述步骤(4)得到的峰值应力-应变方程和谷值应力-应变方程，得到迟滞模量方程；

根据所述模量方程，预测在一定应力作用下编织陶瓷基复合材料的迟滞模量；

所述步骤(2)和步骤(3)没有时间先后顺序；

所述步骤(4)构建的峰值应力-应变方程如式12所示：

式12中ε_max表示峰值应变、σ_max为峰值应力、χ表示沿应力加载方向纤维有效体积含量系数、V_f表示复合材料纤维体积含量、τ_i(T)表示温度条件下界面脱粘区摩擦剪应力、l_d表示界面脱粘长度、l_c表示基体裂纹间距、r_f表示纤维半径、α_c为复合材料热膨胀系数、α_f为纤维热膨胀系数、△T为复合材料使用温度与复合材料制备温度的差、E_f表示纤维弹性模量；

所述步骤(4)构建的谷值应力-应变方程如式13所示：

式13中，ε_min表示谷值应变，σ_min为谷值应力、α_c为复合材料热膨胀系数、α_f为纤维热膨胀系数、△T为复合材料使用温度与复合材料制备温度的差、E_f表示纤维弹性模量、τ_i表示纤维与基体之间相对移动产生的摩擦力为纤维/基体界面脱粘区摩擦剪应力。

2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(1)中纤维轴向应力分布方程如式1所示：

基体轴向应力分布方程如式2所示：

界面脱粘区剪应力沿纤维轴向应力分布方程如式3所示：

所述式1～3中，

式1～4中，σ_f(x)表示纤维轴向应力，σ表示应力，χ表示沿应力加载方向纤维有效体积含量系数，V_f表示复合材料纤维体积含量，χV_f表示沿应力加载方向纤维有效体积，τ_i(T)表示温度条件下界面脱粘区摩擦剪应力，r_f表示纤维半径，x表示轴向取值，V_m表示基体体积，l_d表示界面脱粘长度，l_c表示基体裂纹间距，ρ表示剪滞模型参数，σ_m(x)表示基体轴向应力，σ_mo表示界面粘结区基体轴向应力，τ_i(x)表示界面脱粘区剪应力沿纤维轴向应力，α_rf表示纤维径向热膨胀系数，α_rm表示基体径向热膨胀系数，τ₀表示界面脱粘区摩擦剪应力，T₀表示复合材料制备温度，T表示复合材料使用温度，μ表示纤维-基体界面摩擦系数，A表示复合材料弹性常数。