本发明专利技术提供的编织陶瓷基复合材料热机械疲劳迟滞回线的预测方法，考虑热机械疲劳机制，采用断裂力学脱粘准则获得纤维/基体界面脱粘长度方程、卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程和重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程，基于纤维/基体界面滑移机理，建立纤维/基体界面部分脱粘与纤维/基体界面完全脱粘情况下编织陶瓷基复合材料卸载应力‑应变方程、重新加载应力‑应变方程，根据得到的应力‑应变方程预测编织陶瓷基复合材料热机械疲劳迟滞回线。本发明专利技术提供的上述预测方法充分考虑了热机械疲劳机制因素的影响，预测结果可靠性更高。
【技术实现步骤摘要】
一种编织陶瓷基复合材料热机械疲劳迟滞回线的预测方法
本专利技术属于复合材料热机械疲劳迟滞回线预测方法
，具体涉及一种编织陶瓷基复合材料热机械疲劳迟滞回线的预测方法。
技术介绍
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(LeadingEdgeAviationPropulsion，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，国内外研究人员将陶瓷基复合材料性能评估、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。在编织陶瓷基复合材料实际使用过程中，迟滞回线是预测其演化的有效工具之一，如何准确预测编织陶瓷基复合材料热机械疲劳迟滞回线，是保证编织陶瓷基复合材料使用可靠性与安全性的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种编织陶瓷基复合材料热机械疲劳迟滞回线的预测方法，本专利技术提供的预测方法，将高温环境对编织陶瓷基复合材料的影响纳入预测方法的建立过程中，提高了编织陶瓷基复合材料热机械疲劳迟滞回线预测的准确性。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供了一种编织陶瓷基复合材料热机械疲劳迟滞回线的预测方法，包括以下步骤：(1)根据断裂力学脱粘准则，利用温度条件下的纤维/基体界面氧化区摩擦剪应力、与温度和循环数相关的纤维/基体界面滑移区摩擦剪应力、纤维/基体界面氧化区长度建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面脱粘长度方程；(2)根据断裂力学脱粘准则、纤维/基体界面滑移机理和所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程；(3)根据断裂力学脱粘准则、纤维/基体界面滑移机理、所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程；(4)根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场、所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面部分脱粘卸载应力-应变方程；根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场、所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程、所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程和所述步骤(3)得到的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面部分脱粘重新加载应力-应变方程；根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面完全脱粘卸载应力-应变方程；根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场、所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程和所述步骤(3)得到的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面完全脱粘重新加载应力-应变方程；(5)根据所述步骤(4)得到的纤维/基体界面部分脱粘卸载应力-应变方程、纤维/基体界面部分脱粘重新加载应力-应变方程、纤维/基体界面完全脱粘卸载应力-应变方程和纤维/基体界面完全脱粘重新加载应力-应变方程，预测编织陶瓷基复合材料纤维/基体界面不同区域的热机械疲劳迟滞回线。优选的，所述步骤(1)中脱粘长度方程如式1所示：式1中，ld表示纤维/基体界面脱粘长度；τf(T)表示温度条件下的纤维/基体界面氧化区摩擦剪应力；τi(T,N)表示与温度和循环数相关的纤维/基体界面滑移区摩擦剪应力，T表示编织陶瓷基复合材料的使用温度，N表示卸载/重新加载的循环数；ξ表示纤维/基体界面氧化区长度；rf表示纤维半径；Vm表示基体体积；Em表示基体弹性模量；σ表示应力；χ表示沿应力加载方向纤维有效体积含量系数；Vf表示编织陶瓷基复合材料中纤维体积含量；Ec表示编织陶瓷基复合材料弹性模量；ρ表示剪滞模型参数；Ef表示纤维弹性模量；ζd表示纤维/基体界面脱粘能。优选的，温度条件下的纤维/基体界面氧化区摩擦剪应力通过式1-1得到：所述与温度和循环数相关的纤维/基体界面滑移区摩擦剪应力通过式1-2得到：式1-1和1-2中，τ0_f为纤维/基体界面氧化区摩擦剪应力；μ为纤维/基体界面摩擦系数；αrf为纤维径向热膨胀系数；αrm为基体径向热膨胀系数；T0为编织陶瓷基复合材料制备温度；T为编织陶瓷基复合材料使用温度；A表示编织陶瓷基复合材料弹性常数；τ0_i(N)为纤维/基体界面滑移区摩擦剪应力，N表示循环次数。优选的，所述步骤(2)中编织陶瓷基复合材料的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程如式2所示：式2中，y表示卸载纤维/基体界面反向滑移长度。优选的，所述步骤(3)中编织陶瓷基复合材料的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程如式3所示：式3中，z表示重新加载纤维/基体界面新滑移长度。优选的，所述步骤(4)中编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面部分脱粘卸载应力-应变方程，如式4所示：式4中，εu_p表示纤维/基体界面部分脱粘卸载应力对应的应变；σu表示卸载应力；lc表示基体裂纹间距；σfo表示纤维/基体界面粘结区纤维轴向应力；σmo表示纤维/基体界面粘结区基体轴向应力；alc表示编织陶瓷基复合材料轴向热膨胀系数；alf表示纤维轴向热膨胀系数；ΔT表示测试温度与制备温度之差。优选的，所述步骤(4)中编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面部分脱粘重新加载应力-应变方程如式5所示：式5中，εr_p表示纤维/基体界面部分脱粘重新加载应力对应的应变；σr表示重新加载应力。优选的，所述步骤(4)中编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面完全脱粘卸载应力-应变方程如式6所示：式6中，εu_f表示纤维/基体界面完全脱粘卸载应力对应的应变。优选的，所述步骤(4)中编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面完全脱粘重新加载应力-应变方程如式7所示：式7中，εr_f表示纤维/基体界面完全脱粘重新加载应力对应的应变。本专利技术提供的编织陶瓷基复合材料热机械疲劳迟滞回线的预测方法，在断裂力学脱粘准则的基础上，利用温度条件下的纤维/基体界面氧化区磨擦剪应力、与温度和循环数相关的纤维/基体界面滑移区摩擦剪应力和纤维/基体界面氧化区长度获得纤维/基体界面脱粘长度方程，使温度和氧化影响因素融入预测模型中；再根据断裂力学纤维/基体界面脱粘准则、纤维/基体界面滑移机理和纤维/基体界面脱粘长度方程，建立卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程和重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程；基于编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场和上述所得长度方程，建立纤维/基体界面部分脱粘与纤维/基体界面完全脱粘情况下编织陶瓷基复合材料卸载应力-应变方程、重新加载应力-应变方程，建立的应力-应变方程中，包括温度、循环数和纤维/基体界面氧化区长度参数，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种编织陶瓷基复合材料热机械疲劳迟滞回线的预测方法，包括以下步骤：(1)根据断裂力学脱粘准则，利用温度条件下的纤维/基体界面氧化区摩擦剪应力、与温度和循环数相关的纤维/基体界面滑移区摩擦剪应力、纤维/基体界面氧化区长度建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面脱粘长度方程；(2)根据断裂力学脱粘准则、纤维/基体界面滑移机理和所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程；(3)根据断裂力学脱粘准则、纤维/基体界面滑移机理、所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程；(4)根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场、所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面部分脱粘卸载应力‑应变方程；根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场、所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程、所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程和所述步骤(3)得到的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面部分脱粘重新加载应力‑应变方程；根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面完全脱粘卸载应力‑应变方程；根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场、所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程和所述步骤(3)得到的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面完全脱粘重新加载应力‑应变方程；(5)根据所述步骤(4)得到的纤维/基体界面部分脱粘卸载应力‑应变方程、纤维/基体界面部分脱粘重新加载应力‑应变方程、纤维/基体界面完全脱粘卸载应力‑应变方程和纤维/基体界面完全脱粘重新加载应力‑应变方程，预测编织陶瓷基复合材料纤维/基体界面不同区域的热机械疲劳迟滞回线。...
【技术特征摘要】
1.一种编织陶瓷基复合材料热机械疲劳迟滞回线的预测方法，包括以下步骤：(1)根据断裂力学脱粘准则，利用温度条件下的纤维/基体界面氧化区摩擦剪应力、与温度和循环数相关的纤维/基体界面滑移区摩擦剪应力、纤维/基体界面氧化区长度建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面脱粘长度方程；(2)根据断裂力学脱粘准则、纤维/基体界面滑移机理和所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程；(3)根据断裂力学脱粘准则、纤维/基体界面滑移机理、所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程；(4)根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场、所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面部分脱粘卸载应力-应变方程；根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场、所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程、所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程和所述步骤(3)得到的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面部分脱粘重新加载应力-应变方程；根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面完全脱粘卸载应力-应变方程；根据编织陶瓷基复合材料损伤区域的细观应力场、所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程和所述步骤(3)得到的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面完全脱粘重新加载应力-应变方程；(5)根据所述步骤(4)得到的纤维/基体界面部分脱粘卸载应力-应变方程、纤维/基体界面部分脱粘重新加载应力-应变方程、纤维/基体界面完全脱粘卸载应力-应变方程和纤维/基体界面完全脱粘重新加载应力-应变方程，预测编织陶瓷基复合材料纤维/基体界面不同区域的热机械疲劳迟滞回线。2.如权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(1)中纤维/基体界面脱粘长度方程如式1所示：式1中，ld表示纤维/基体界面脱粘长度；τf(T)表示温度条件下的纤维/基体界面氧化区摩擦剪应力；τi(T,N)表示与温度和循环数相关的纤维/基体界面滑移区摩擦剪应力，T表示编织陶瓷基复合材料的使用温度，N表示卸载/重新加载的循环数；ξ表示纤维/基体界面氧化区长度；rf表示纤...
【专利技术属性】
技术研发人员：李龙彪，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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