[发明专利]一种陶瓷基复合材料结构氧化损伤及强度分析方法、装置

权利要求书

1.一种陶瓷基复合材料结构氧化损伤及强度分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：

将气体扩散控制的氧化过程用气体在多孔介质中的扩散来描述，通过扩散系数计算陶瓷基复合材料结构中的气体分布反映出结构氧化损伤程度的变化；

在此基础上，以编织代表性体积单元为研究对象，根据纤维束氧化形貌及力学模型，分析纤维束的应力分布，计算出纤维束的剩余强度，采用均匀化方法最终计算出陶瓷基复合材料结构的强度。

2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料结构氧化损伤及强度分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：

S1，测试编织陶瓷基复合材料结构试件在高温应力氧化环境下的氧化损伤程度，建立氧化、损伤相关的等效扩散系数场模型；

S2，根据编织陶瓷基复合材料结构的几何外形及氧化气氛条件，计算出该结构的等效扩散系数场，根据Fick第二定律，计算出结构内部的瞬时氧气浓度分布情况；

S3，以编织代表性体积单元为研究对象，根据对应位置的扩散系数，计算出单元内部的氧气浓度，结合孔隙周围基体及纤维束的消退及氧化产物生成，计算出编织代表性体积单元的氧化形貌；

S4，根据扩散方程，在编织代表性体积单元模型中计算纤维束表面处的氧气浓度，由此计算纤维束内部的氧化形貌，即纤维束内部的界面消耗及表面氧化物生成情况；

S5，根据纤维束氧化形貌及力学模型，分析纤维束的应力分布，计算出纤维束的剩余强度，采用均匀化方法最终计算出陶瓷基复合材料结构的强度。

3.根据权利要求2所述的陶瓷基复合材料结构氧化损伤及强度分析方法，其特征在于，步骤S1中，所述建立氧化、损伤相关的等效扩散系数场模型的过程包括以下步骤：

S11，以应变场分布作为表征，测试编织陶瓷基复合材料结构试件在高温应力氧化环境下的氧化损伤程度；

S12，对应变最大值和应变最小值区域进行扫描，建立详细几何的多孔介质模型；

S13，根据边界条件，通过数值模拟计算等效扩散系数；

S14，采用插值法建立氧化、损伤相关的等效扩散系数场模型。

4.根据权利要求2所述的陶瓷基复合材料结构氧化损伤及强度分析方法，其特征在于，步骤S4中，结合编织代表性体积单元的氧化形貌及等效扩散系数计算纤维束界面处的氧气浓度，根据经典氧化动力学模型计算出纤维束的氧化形貌。

5.根据权利要求2所述的一种陶瓷基复合材料结构氧化损伤及强度分析方法，其特征在于，步骤S5中，综合编织代表性体积单元和纤维束内部的氧化形貌，根据力学模型计算纤维束的剩余强度。

6.一种适于陶瓷基复合材料结构的氧化损伤和强度分析装置，其特征在于，所述分析装置包括：

气体扩散分析模块，用于测试编织陶瓷基复合材料结构试件在高温应力氧化环境下的氧化损伤程度，建立氧化、损伤相关的等效扩散系数场模型；

第一氧化形貌分析模块，用于根据编织陶瓷基复合材料结构的几何外形及氧化气氛条件，计算出该结构的等效扩散系数场，根据Fick第二定律，计算出结构内部的瞬时氧气浓度分布情况；

第二氧化形貌分析模块，用于以编织代表性体积单元为研究对象，根据对应位置的扩散系数，计算出单元内部的氧气浓度，结合孔隙周围基体及纤维束的消退及氧化产物生成，计算出编织代表性体积单元的氧化形貌；

第三氧化形貌分析模块，用于根据扩散方程，在编织代表性体积单元模型中计算纤维束表面处的氧气浓度，由此计算纤维束内部的氧化形貌，即纤维束内部的界面消耗及表面氧化物生成情况；

强度分析模块，用于根据纤维束氧化形貌及力学模型，分析纤维束的应力分布，计算出纤维束的剩余强度，采用均匀化方法最终计算出陶瓷基复合材料结构的强度。

7.一种适于陶瓷基复合材料结构的氧化损伤和强度分析系统，其特征在于，所述分析系统包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5任意一项中所述陶瓷基复合材料结构氧化损伤及强度分析方法的步骤。