[发明专利]一种单向碳化硅纤维增强钛基复合材料疲劳载荷下基体裂纹数量和位置的预测方法

摘要

本发明公开了一种单向碳化硅纤维增强钛基复合材料疲劳载荷下基体裂纹数量和位置的预测方法，首先对单向碳化硅纤维增强钛基复合材料的基体沿长度方向划分为M个基体单元，分别确定各个基体单元在无损伤基体应力状态下、第一基体应力状态下、第二基体应力状态下各个基体单元单个循环的损伤量；然后计算单向碳化硅纤维增强钛基复合材料疲劳载荷下基体裂纹对应各个循环数的数量和位置，则对于给定的循环数，即可预测单向碳化硅纤维增强钛基复合材料疲劳载荷下基体裂纹的数量和位置。本发明能够准确的预测出不同循环数下的基体裂纹数量以及基体裂纹分布，过程便捷高效，克服了实验成本高，耗时长的缺点。

主权项

1.一种单向碳化硅纤维增强钛基复合材料疲劳载荷下基体裂纹数量和位置的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1)，确定单向碳化硅纤维增强钛基复合材料的无损伤基体应力；/n步骤2)，确定复合材料在无损伤基体应力状态下的平均寿命N₁；/n步骤3)，对单向碳化硅纤维增强钛基复合材料的基体沿长度方向划分为M个基体单元，M为自然数；/n令基体单元存在三种状态：无损伤基体应力状态、第一基体应力状态和第二基体应力状态；无损伤基体应力状态为单向碳化硅纤维增强钛基复合材料不存在裂纹时基体单元的应力状态；当某个基体单元失效即单向碳化硅纤维增强钛基复合材料产生裂纹时，和该基体单元相邻的未失效的基体单元的应力状态为第一基体应力状态，和该基体单元相隔一个基体单元的未失效的基体单元的应力状态为第二基体应力状态；/n由于复合材料的疲劳实验数据存在分散性，令每个基体单元的寿命N的对数t满足正态分布，正态分布概率密度函数为：/n /nt＝lgN/n式中，N为各个应力状态下的基体单元的寿命，μ为设置的期望，σ为标准差，σ²为方差；/n步骤4)，确定单向碳化硅纤维增强钛基复合材料的各个基体单元在无损伤基体应力状态下单个循环的损伤量；/n步骤5)，确定单向碳化硅纤维增强钛基复合材料在第一基体应力状态下、第二基体应力状态下各个基体单元单个循环的损伤量；/n步骤6)，计算单向碳化硅纤维增强钛基复合材料疲劳载荷下基体裂纹对应各个循环数的数量和位置，对于给定的循环数，即可预测单向碳化硅纤维增强钛基复合材料疲劳载荷下基体裂纹的数量和位置；/n步骤6.1)，将M个基体单元均标记为无损伤基体应力状态下的基体单元，令循环数G＝0，令M个基体单元的寿命均为1；/n步骤6.2)，判读各个基体单元的寿命是否小于等于零，若小于等于零，则将其标记为失效的基体单元，该失效的基体单元即为新产生的裂纹；/n步骤6.3)，对于失效的基体单元，将和该失效的基体单元相邻的未失效的基体单元标记为第一基体应力状态下的基体单元，将和该失效的基体单元相隔一个基体单元的未失效的基体单元标记为第二基体应力状态下的基体单元；/n步骤6.4)，对于无损伤基体应力状态下的基体单元，将其寿命减去其在无损伤基体应力状态下单个循环的损伤量；对于第一基体应力状态下的基体单元，将其寿命减去其在第一基体应力状态下单个循环的损伤量；对于第二基体应力状态下的基体单元，将其寿命减去其在第二基体应力状态下单个循环的损伤量；/n步骤6.4)，记录此时各个基体单元的寿命、裂纹的数量和位置；/n步骤6.5)，令G＝G+1；/n步骤6.6)，重复执行步骤6.2)至步骤6.5)，直至G大于等于预设的最大循环阈值。/n