[发明专利]一种考虑基体与纤维碎断的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测方法

说明书

本发明提供了一种考虑基体与纤维碎断的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测方法，属于复合材料疲劳迟滞回线预测技术领域。本发明提供的方法具体是分析编织陶瓷基复合材料基体以及纤维碎断过程，确定基体裂纹随机开裂过程以及纤维断裂概率和完好纤维承担应力；基于卸载与重新加载滑移机理，获得考虑基体与纤维碎断的编织陶瓷基复合材料卸载与重新加载本构关系，以此预测编织陶瓷基复合材料应力‑应变迟滞回线。本发明提供的方法考虑了基体与纤维碎断因素对疲劳迟滞回线的影响，能够准确地预测基体与纤维碎断对编织陶瓷基复合材料造成的损伤问题，提高了编织陶瓷基复合材料迟滞回线预测的准确性。

技术领域

本发明涉及复合材料疲劳迟滞回线预测技术领域，尤其涉及一种考虑基体与纤维碎断的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测方法。

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/基体界面脱粘与滑移等多重损伤机制，使得卸载与重新加载过程中应力-应变曲线出现明显的迟滞现象。

目前针对编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的研究，未考虑基体与纤维碎断对迟滞回线的影响(李龙彪，纤维增强陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线模型研究[J]，力学学报，2014，5：710-729)。如何考虑基体与纤维碎断对编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的影响，监测基体与纤维碎断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

本发明的目的在于提供一种考虑基体与纤维碎断的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测方法，本发明提供了方法考虑了基体与纤维碎断因素对疲劳迟滞回线的影响，能够准确地预测基体与纤维碎断对编织陶瓷基复合材料造成的损伤问题，提高了编织陶瓷基复合材料迟滞回线预测的准确性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种考虑基体与纤维碎断的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测方法，包括以下步骤：

(1)根据基体随机开裂理论，分析编织陶瓷基复合材料基体碎断过程，基于基体开裂特征及碎断长度，将编织陶瓷基复合材料基体裂纹划分为短裂纹、中裂纹和长裂纹；根据基体随机开裂理论，得到基体裂纹随机开裂过程，所述基体裂纹随机开裂过程由短裂纹分布函数、中裂纹分布函数和长裂纹分布函数表示；

分析编织陶瓷基复合材料纤维碎断过程，基于总体载荷承担准则，得到纤维断裂概率和完好纤维承担应力；

(2)根据断裂力学界面脱粘准则，基于界面脱粘和滑移机理，分别建立界面脱粘长度方程、卸载界面反向滑移长度方程和重新加载界面新滑移长度方程；

(3)根据基体碎断理论，基于所述步骤(1)中的基体裂纹随机开裂过程、纤维断裂概率和完好纤维承担应力以及所述步骤(2)中界面脱粘长度方程、卸载界面反向滑移长度方程和重新加载界面新滑移长度方程，建立短裂纹卸载应力-应变关系方程、短裂纹重新加载应力-应变关系方程、中裂纹卸载应力-应变关系方程、中裂纹重新加载应力-应变关系方程、长裂纹卸载应力-应变关系方程和长裂纹重新加载应力-应变关系方程，进而建立编织陶瓷基复合材料迟滞回线应力-应变关系方程，以此预测考虑基体与纤维碎断的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线。