The invention discloses a multi-scale prediction method for the fatigue life of ceramic matrix composites, which comprises the following steps: (1) input the required parameters of fiber and matrix materials of braided ceramic matrix composites and establish the fatigue failure criteria of fiber and matrix materials; (2) acquisition of micro-geometric characteristic parameters of ceramic matrix composites based on scanning electron microscopy, and for braided ceramic matrix composites. The braiding angle, volume fraction and cross-section shape of fibers are obtained by scanning electron microscopy; (3) the periodic structure RVE of ceramic matrix composites is established based on the geometric characteristic parameters obtained; (4) the fatigue life span of ceramic matrix composites is calculated by periodic jump algorithm. The fatigue life of the braided ceramic matrix composite obtained by the method of the present invention is 30% higher than that predicted by the traditional metal material fatigue method; besides, the calculation efficiency is greatly improved by using the periodic jump algorithm.
【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷基复合材料的疲劳寿命的多尺度预测方法
本专利技术涉及一种陶瓷基复合材料的疲劳寿命的多尺度预测方法,用以解决航空发动机热端部件使用陶瓷基复合材料时的疲劳寿命预测,属于航空发动机领域。
技术介绍
与传统金属材料相比,陶瓷基复合材料耐温能力提升近20%,密度下降约2/3,在1300~1400℃下无需冷却可保持较高的强度,覆盖热障涂层后无需冷却可在1600℃下长时间使用。陶瓷基复合材料应用于航空发动机热端部件,可直接减轻重量60%左右,还可以降低冷却气体用量15~25%,大大降低耗油率和CO2排放量。因此,陶瓷基复合材料成为先进军民用航空发动机热端部件的理想材料。疲劳失效是航空发动机构件最主要的失效模式之一。陶瓷基复合材料应用于航空发动机,首先需要解决的是其在疲劳载荷下的强度及寿命预测问题。目前传统的疲劳寿命预测方法及相关模型主要用于金属材料,对于复杂的编织陶瓷基复合材料,并没有发展出成熟的疲劳寿命预测方法。
技术实现思路
本专利技术提出了一种陶瓷基复合材料的疲劳寿命的多尺度预测方法,用以解决目前针对航空发动机热端部件使用陶瓷基复合材料时的疲劳寿命预测问题。本专利技术采用的技术方案为:一种陶瓷基复合材料的疲劳寿命的多尺度预测方法,主要分为四个步骤,分别如下:步骤一:1.1输入计算需要的编织陶瓷基复合材料的纤维和基体材料参数。步骤一:1.2建立纤维和基体的疲劳失效准则,其表达式如下:基体疲劳损伤累积速率:其中Dm表示基体损伤累积量,n表示循环数,am、bm和cm为材料常数。Δσeq,m表示基体的等效应力。σult,m表示基体的静态极限应力。当用于拉拉疲劳时,Δσ ...
【技术保护点】
1.一种陶瓷基复合材料的疲劳寿命的多尺度预测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S01:输入计算需要的编织陶瓷基复合材料的纤维和基体材料参数,建立纤维和基体材料的疲劳失效准则;步骤S02:基于扫描电镜的陶瓷基复合材料细观几何特征参数获取,对于编织陶瓷基复合材料,通过扫描电镜获取编织角,体积分数,纤维截面形状参数;步骤S03:根据获得的几何特征参数信息建立陶瓷基复合材料周期结构RVE;步骤S04:周期跳跃算法完成对陶瓷基复合材料疲劳寿命跨越式计算。
【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基复合材料的疲劳寿命的多尺度预测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S01:输入计算需要的编织陶瓷基复合材料的纤维和基体材料参数,建立纤维和基体材料的疲劳失效准则;步骤S02:基于扫描电镜的陶瓷基复合材料细观几何特征参数获取,对于编织陶瓷基复合材料,通过扫描电镜获取编织角,体积分数,纤维截面形状参数;步骤S03:根据获得的几何特征参数信息建立陶瓷基复合材料周期结构RVE;步骤S04:周期跳跃算法完成对陶瓷基复合材料疲劳寿命跨越式计算。2.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料的疲劳寿命的多尺度预测方法,其特征在于:步骤S03中,获得二维和三维编织复合材料...
【专利技术属性】
技术研发人员:胡殿印,王荣桥,韩江博,曾雨琪,张龙,杨尧,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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