【技术实现步骤摘要】
单向陶瓷基复合材料任意应力加卸载应力应变计算方法
本专利技术属于复合材料应力应变行为预测领域，具体涉及单向陶瓷基复合材料任意应力加卸载应力应变计算方法。
技术介绍
陶瓷基复合材料具有高比强、高比模、耐高温等优点，在航空发动机热端部件等重要领域具有广阔的应用前景。在实际工作环境中，由于不稳定气动载荷和温度场作用，陶瓷基复合材料会受到随机振动载荷的作用。为了保障陶瓷基复合材料在工作环境下的可靠性，对其在任意应力加卸载下力学行为研究是很有必要的。目前，国内外学者对陶瓷基复合材料在任意应力加卸载下力学行为进行了大量研究。高希光等(XiguangGao，ShengZhang，GuangwuFang，YingdongSong.Distributionofslipregionsonthefiber-matrixinterfaceofceramicmatrixcompositesunderarbitraryloading，JOURNALOFREINFORCEDPLASTICSANDCOMPOSITES.2015；34(20)：171...
【技术保护点】
1.单向陶瓷基复合材料任意应力加卸载应力应变计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：判断复合材料是否产生基体裂纹，如果没有产生基体裂纹，则材料没有发生损伤，采用混合率公式计算材料应变；如果材料发生损伤，则采用下述步骤计算材料应变；/n步骤2：计算当前载荷循环的界面剪应力；/n步骤3：基于当前载荷循环和上一步载荷循环的界面剪应力，对当前载荷循环计算前的滑移区分布进行调整；/n步骤4：计算当前载荷下的平均基体裂纹间距；/n步骤5：基于剪滞模型、当前载荷循环计算前的滑移区分布以及当前载荷下的平均基体裂纹间距，计算当前载荷下的滑移区分布；/n步骤6：基于当前载荷下的滑移区分...
【技术特征摘要】
1.单向陶瓷基复合材料任意应力加卸载应力应变计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：判断复合材料是否产生基体裂纹，如果没有产生基体裂纹，则材料没有发生损伤，采用混合率公式计算材料应变；如果材料发生损伤，则采用下述步骤计算材料应变；
步骤2：计算当前载荷循环的界面剪应力；
步骤3：基于当前载荷循环和上一步载荷循环的界面剪应力，对当前载荷循环计算前的滑移区分布进行调整；
步骤4：计算当前载荷下的平均基体裂纹间距；
步骤5：基于剪滞模型、当前载荷循环计算前的滑移区分布以及当前载荷下的平均基体裂纹间距，计算当前载荷下的滑移区分布；
步骤6：基于当前载荷下的滑移区分布和平均基体裂纹间距，获得纤维应力分布，计算材料应变。
2.如权利要求1所述的单向陶瓷基复合材料任意应力加卸载应力应变计算方法，其特征在于：所述步骤1中，如果当前载荷及之前载荷都小于基体开裂应力，则复合材料没有发生损伤，采用混合率公式计算当前载荷下的应变：
其中，σi为当前载荷，εi为当前应变，Ec为复合材料等效弹性模量，其表达式为Efvf+Emvm，vf，vm分别表示纤维和基体的体积分数，Ef，Em分别表示纤维和基体的弹性模量；如果复合材料发生损伤，采用下述步骤计算复合材料应变。
3.如权利要求1所述的单向陶瓷基复合材料任意应力加卸载应力应变计算方法，其特征在于：所述步骤2中，以一个卸载过程和随后的一个加载过程作为一个载荷循环，对于初始加载过程，假设存在一个卸载过程；基于第一个峰值应力大于初始基体开裂应力对应的加载过程至当前载荷循环间的峰值应力和谷值应力，计算当前载荷循环下的界面剪应力；假设一个载荷循环内界面剪应力大小保持不变，界面剪应力计算公式如下：
其中，ω，σA，λ为拟合参数，为初始和最终界面剪应力，τi为第i个载荷循环内的界面剪应力；∫|dσ|为与载荷历程相关的参数，其计算公式如下：
其中，分别表示第j次单个加载或者卸载过程的峰值与谷值应力，jm对应第一个峰值应力大于初始基体开裂应力的加载过程，ni表示对加卸载曲线中各载荷过程进行编号，当前载荷对应的载荷过程序号。
4.如权利要求1所述的单向陶瓷基复合材料任意应力加卸载应力应变计算方法，其特征在于：所述步骤3中，在当前载荷循环计算前，如果复合材料界面部分脱粘，则裂纹处、粘结处纤维应力分别为两者之间的差值为：
其中，σi为当前载荷，vf为纤维的体积分数，Ef为纤维的弹性模量，Ec为复合材料等效弹性模量，σf_th为纤维热残余应力；
裂纹处和粘结处纤维应力差值通过界面剪应力进行传递，界面剪应力和滑移区分布需要满足如下所示的约束条件：
其中，假设滑移区成对出现，n为滑移区分布对数，从裂纹处向粘结区，滑移区编号逐渐减小；τi为当前载荷循环的界面剪应力，rf为纤维半径，分别为第k个反向和正向滑移区长度；
1)如果当前载荷循环前界面部分脱粘，而上一个载荷循环的最后加载载荷与当前载荷循环的初始卸载载荷大小相同，对应的界面剪应力不同，则在当前载荷计算前，对上一个载荷循环的滑移区分布进行调整，调整过程如下：
增加当前载荷循环前第一个正向滑移区的长度，使当前载荷循环的初始卸载载荷下滑移区分布满足公式(5)；如果当前载荷循环对应的界面剪应力下界面部分脱粘时，新增加的滑移区长度采用如下所示的公式计算：
其中，τi-1表示上一个载荷循环下的界面剪应力，表示新增加的第一个正向滑移区长度；此时，滑移区长度和平均基体裂纹间距之间需满足如下所示的等式：
其中，L表示平均基体裂纹间距；
若滑移区长度和平均基体裂纹间距之间不满足等式(7)，则当前载荷循环对应的界面剪应力下界面完全脱粘，此时滑移区的长度等于平均基体裂纹间距的一半，新增加的滑移区长度采用如下所示的公式计算：
2)如果当前载荷循环前界面完全脱粘，而无需调整。
5.如权利要求1所述的单向陶瓷基复合材料任意应力加卸载应力应变计算方法，其特征在于：所述步骤4中，计算当前载荷下的平均基体裂纹间距；对于当前载荷循环中的加载过程，如果当前载荷大于历史载荷，且当前载荷施加前复合材料界面部分脱粘，则...
【专利技术属性】
技术研发人员：高希光，韩笑，宋迎东，张盛，于国强，贾蕴发，
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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