[发明专利]一种编织陶瓷基复合材料高温静疲劳损伤演化预测方法

说明书

本发明涉及编织陶瓷基复合材料损伤演化预测技术领域，提供了一种编织陶瓷基复合材料高温静疲劳损伤演化预测方法，本发明首先建立高温静疲劳载荷作用下复合材料内部纤维轴向应力分布方程；然后基于断裂力学界面脱粘准则建立复合材料高温静疲劳界面脱粘长度方程和滑移长度方程，最终建立高温静疲劳载荷下编织陶瓷基复合材料迟滞本构关系方程，采用迟滞耗散能预测编织陶瓷基复合材料的高温静疲劳损伤演化。本发明提供的预测方法综合考虑了高温静疲劳对编织陶瓷基复合材料界面脱粘、界面氧化、界面滑移的影响，能够准确预测编织陶瓷基复合材料高温静疲劳损伤演化曲线。

技术领域

本发明涉及编织陶瓷基复合材料损伤演化预测技术领域，尤其涉及一种编织陶瓷基复合材料高温静疲劳损伤演化预测方法。

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，提高涡轮效率，目前已经应用于航空发动机燃烧室、涡轮导向叶片、涡轮壳环、尾喷管等。由CFM公司研制的LEAP(Leading EdgeAviation Propulsion,LEAP)系列发动机，高压涡轮采用了编织陶瓷基复合材料部件，LEAP-1B发动机为空客A320和波音737MAX提供动力，LEAP-X1C发动机是我国大型飞机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。在高温静疲劳载荷作用下，编织陶瓷基复合材料出现基体多开裂、纤维/基体界面脱粘、氧化与滑移等多重损伤机制，影响陶瓷基复合材料高温环境下的可靠性与安全性。

目前针对编织陶瓷基复合材料高温静疲劳损伤领域的研究较少，如何考虑高温静疲劳对编织陶瓷基复合材料内部损伤的影响，监测高温载荷对复合材料造成的损伤，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

有鉴于此，本发明提供了一种编织陶瓷基复合材料高温静疲劳损伤演化预测方法，本发明提供的方法综合考虑了高温静疲劳对编织陶瓷基复合材料界面脱粘、界面氧化、界面滑移的影响，能够准确预测编织陶瓷基复合材料的高温静疲劳损伤演化情况。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种编织陶瓷基复合材料高温静疲劳损伤演化预测方法，包括以下步骤：

(1)确定沿加载方向编织陶瓷基复合材料纤维体积含量，采用剪滞模型分析陶瓷基复合材料高温静疲劳损伤细观应力场，根据编织陶瓷基复合材料高温静疲劳损伤细观应力场，建立高温静疲劳载荷作用下，编织陶瓷基复合材料内部纤维轴向应力分布方程；

(2)基于断裂力学界面脱粘准则，建立编织陶瓷基复合材料高温静疲劳界面脱粘长度方程和界面滑移长度方程；

(3)利用步骤(1)得到的高温静疲劳损伤纤维轴向应力分布方程和步骤(2)得到的高温静疲劳界面脱粘长度方程和滑移长度方程，建立高温静疲劳载荷下编织陶瓷基复合材料迟滞本构关系方程，采用迟滞耗散能预测编织陶瓷基复合材料的高温静疲劳损伤演化。

优选的，根据所述步骤(1)中编织陶瓷基复合材料沿应力加载方向纤维体积含量得到沿应力加载方向纤维有效体积含量系数，所述沿应力加载方向纤维有效体积含量系数根据式1计算得到：

式1中：χ为编织陶瓷基复合材料沿应力加载方向纤维有效体积含量系数，V_fl为编织陶瓷基复合材料沿应力加载方向纤维体积含量，V_f为编织陶瓷基复合材料纤维体积含量。

优选的，所述高温静疲劳载荷作用下，编织陶瓷基复合材料内部纤维轴向应力分布方程如式2所示：