[发明专利]一种编织陶瓷基复合材料蠕变断裂行为的预测方法

说明书

本发明提供了一种考虑随机载荷影响的编织陶瓷基复合材料蠕变断裂行为的预测方法，属于复合材料蠕变断裂行为预测方法技术领域。本发明根据剪滞模型、基体随机开裂模型、断裂力学界面脱粘准则和纤维失效模型，获得蠕变随机载荷作用下的纤维轴向应力分布方程；根据基体随机开裂模型获得蠕变随机载荷作用下的基体裂纹间距方程；根据断裂力学界面脱粘准则获得蠕变随机载荷作用下的界面脱粘长度方程，采用总体载荷承担准则获得蠕变随机载荷作用下完好纤维与断裂纤维承担载荷关系方程以及纤维断裂概率方程，最后根据总体载荷承担准则得到编织陶瓷基复合材料随机载荷蠕变应变方程，预测考虑随机载荷影响的编织陶瓷基复合材料蠕变断裂行为。

技术领域

本发明涉及复合材料蠕变断裂行为预测方法技术领域，尤其涉及一种考虑随机载荷影响的编织陶瓷基复合材料蠕变断裂行为的预测方法。

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，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)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发动机为大型飞机C919提供动力。

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，国内外研究人员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。在蠕变随机载荷作用下，编织陶瓷基复合材料出现基体多开裂、纤维/基体界面脱粘与滑移、纤维断裂等多重损伤机制。

如何考虑随机载荷因素对编织陶瓷基复合蠕变断裂行为的影响，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随机载荷影响的编织陶瓷基复合材料蠕变断裂行为的预测方法，本发明提供的方法考虑了随机载荷因素对编织陶瓷基复合材料蠕变断裂行为的影响，能够准确预测随机载荷影响的编织陶瓷基复合材料蠕变断裂行为。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种考虑随机载荷影响的编织陶瓷基复合材料蠕变断裂行为的预测方法，包括如下步骤：

(1)根据剪滞模型、基体随机开裂模型、断裂力学界面脱粘准则和纤维失效模型，建立蠕变随机载荷作用下的纤维轴向应力分布方程；

(2)根据基体随机开裂模型，建立蠕变随机载荷作用下的基体裂纹间距方程；

(3)根据断裂力学界面脱粘准则，利用所述步骤(1)得到的蠕变随机载荷作用下的纤维轴向应力分布方程和所述步骤(2)得到的蠕变随机载荷作用下的基体裂纹间距方程，建立蠕变随机载荷作用下的界面脱粘长度方程；

(4)根据总体载荷承担准则、威布尔分布、编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场、所述步骤(2)得到的蠕变随机载荷作用下的基体裂纹间距方程和步骤(3)得到的蠕变随机载荷作用下的界面脱粘长度方程，建立蠕变随机载荷作用下的完好纤维与断裂纤维承担载荷关系方程以及纤维断裂概率方程；

(5)根据总体载荷承担准则，利用所述步骤(1)得到的蠕变随机载荷作用下的纤维轴向应力分布方程、步骤(2)得到的蠕变随机载荷作用下的基体裂纹间距方程以及步骤(4)得到的蠕变随机载荷作用下的完好纤维与断裂纤维承担载荷关系方程和纤维断裂概率方程，建立蠕变随机载荷作用下的蠕变应变方程，预测蠕变随机载荷作用下的编织陶瓷基复合材料蠕变断裂行为。

优选地，所述步骤(1)中，在蠕变随机载荷作用下，纤维轴向应力分布方程如式1所示：