[发明专利]一种陶瓷基复合材料界面参数识别方法

说明书

一种陶瓷基复合材料界面参数识别方法，包括如下步骤：开展单向陶瓷基复合材料疲劳实验，获得材料加卸载应力应变曲线；提取不同循环数下加卸载应力应变曲线最高点、最低点对应的应力和应变，并计算其斜率，该计算值即为不同循环数下迟滞环割线模量的实验值；采用裂纹观测技术，测量最大疲劳加载应力下材料的平均裂纹间距；基于剪滞模型，采用数形结合的方法确定不同界面脱粘和滑移状态下迟滞环割线模量的理论表达式；将不同循环数下迟滞环割线模量的实验值带入迟滞环割线模量的理论表达式中，识别不同循环数下界面摩擦力的数值。本发明可基于疲劳加卸载应力应变曲线识别不同循环数下界面摩擦力的数值，该方法简单易行，耗时小。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料界面参数识别领域，具体涉及一种单向纤维强陶瓷基复合材料在循环载荷下界面摩擦力的识别方法。

背景技术

陶瓷基复合材料(CMCs)由于其高比模、高比强、耐高温等特点，在航空航天、汽车制造、船舶领域等具有广泛的应用前景。疲劳性能是陶瓷基复合材料重要的力学性能之一，疲劳载荷作用下，CMCs发生基体开裂、纤维/基体界面脱粘和滑移。纤维基体之间的相对滑动使得界面发生磨损，性能退化，界面性能退化是材料疲劳失效的重要因素之一。因此，CMCs疲劳载荷过程中界面参数的识别和探究对材料的设计和实际应用具有重要的意义。

目前，CMCs界面参数的确定方法主要有直接法和间接法。直接法有纤维推入、拔出等，但其测量的是单个纤维的界面参数以及只能测量单向加载下的界面参数。间接法是一种基于陶瓷基复合材料加卸载曲线的迟滞环面积确定界面参数的方法，实际过程中，单向CMCs加卸载应力应变曲线形成的迟滞环面积很小，且该方法需要标准的迟滞环，而实验过程中的迟滞环常是不标准的，如图1所示。

因此，需要提出一种简单有效、能准确预测单向纤维增强复合材料疲劳加载过程中界面参数的方法。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种陶瓷基复合材料界面参数识别方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种陶瓷基复合材料界面参数识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、开展单向陶瓷基复合材料疲劳实验，获得材料加卸载应力应变曲线；

步骤二、提取不同循环数下加卸载应力应变曲线最高点、最低点对应的应力和应变，并计算其斜率，该计算值即为不同循环数下迟滞环割线模量的实验值；

步骤三、采用裂纹观测技术，测量最大疲劳加载应力下材料的平均裂纹间距；

步骤四、基于剪滞模型，采用数形结合的方法确定不同界面脱粘和滑移状态下迟滞环割线模量的理论表达式，即建立迟滞环割线模量与界面摩擦力的函数关系；

步骤五、将不同循环数下迟滞环割线模量的实验值带入迟滞环割线模量的理论表达式中，识别不同循环数下界面摩擦力的数值。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述步骤一中，确定最大、最小疲劳加载应力，最大加载应力需大于初始基体开裂应力；开展疲劳加卸载试验，获得不同循环数下材料的应力应变曲线。

进一步地，所述步骤三中，将试件放置加载装置上，并将加载装置放置在显微镜下；施加载荷至最大疲劳加载应力，通过显微镜观测基体裂纹个数，并计算基体平均裂纹间距L。

进一步地，所述步骤四中，以最大疲劳加载应力下裂纹间距一半的材料为研究对象，基于剪滞模型，基体开裂后，纤维/基体界面发生脱粘和滑移；界面脱粘和滑移的状态分为以下三种情况：界面部分脱粘部分滑移、界面完全脱粘部分滑移、界面完全脱粘完全滑移；就上述三种情况分别建立疲劳迟滞环割线模量与界面摩擦力之间的函数关系。