[发明专利]一种编织陶瓷基复合材料模量衰退的预测方法

说明书

本发明属于陶瓷基复合材料模量衰退的预测技术领域，具体涉及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。本发明在构建编织陶瓷基复合材料应力与模量的关系方程过程中，将与温度相关的参数渗透到各个步骤，提高了编织陶瓷基复合材料基体的迟滞模量衰退预测的准确性。实施例结果表明，本发明提供的预测方法能够实现对编织陶瓷基复合材料迟滞模量衰退的准确预测。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料模量衰退预测技术领域，具体涉及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。

背景技术

编织陶瓷基复合材料具有耐高温、耐腐蚀、低密度、高比强、高比模等优点，相比高温合金，能够承受更高的温度，减少冷却气流，进而提高涡轮效率，因此，已经成为航空发动机燃烧室、涡轮导向叶片、涡轮壳环、尾喷管等多种器件的制备材料。由CFM公司研制的LEAP(Leading Edge Aviation Propulsion,LEAP)系列发动机的高压涡轮就采用了编织陶瓷基复合材料，例如，LEAP-1B发动机为空客A320和波音737MAX提供动力，而LEAP-X1C发动机是C919选用的唯一动力装置。

为了保证编织陶瓷基复合材料在飞机和航空发动机结构中使用的可靠性与安全性，美国联邦航空局将陶瓷基复合材料性能评估、损伤演化、强度与寿命预测工具的开发作为陶瓷基复合材料结构部件适航取证的关键，国内外学者将编织陶瓷基复合材料性能评估、损伤演化、强度与寿命预测工具的开发作为一个主要研究方向。

在编织陶瓷基复合材料实际使用过程中，基体开裂、界面脱粘发生后，复合材料模量发生衰退，如何准确预测编织陶瓷基复合材料模量衰退，是保证其使用可靠性与安全性的关键。

如李龙彪等针对编织陶瓷基复合材料损伤演化问题进行了研究(李龙彪，Effectof interface debonding on matrix multicracking evolution of fiber-reinforcedceramic-matrix composites[J]，航空动力学报，2016，31：527-538.)。但未考虑环境因素对其复合材料模量的影响，预测结果的准确性并不理想。如何考虑环境因素对编织陶瓷基复合材料模量衰退的影响，预测编织陶瓷基复合材料不同应力下的模量，是编织陶瓷基复合材料结构实际工程应用需要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供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，本发明提供的预测方法将环境因素纳入预测体系，提高了预测结果的准确性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了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；