本发明专利技术提供了一种考虑纤维断裂影响的编织陶瓷基复合材料振动阻尼的预测方法，属于复合材料振动阻尼预测技术领域。本发明专利技术根据断裂力学界面脱粘准则，建立编织陶瓷基复合材料动态加载界面脱粘长度方程、卸载界面反向滑移长度方程以及重新加载界面新滑移长度方程；之后根据振动载荷条件下编织陶瓷基复合材料的应变能以及纤维相对基体在界面脱粘区的能量耗散，利用上述方程建立编织陶瓷基复合材料损伤时振动阻尼方程；最后根据编织陶瓷基复合材料无损伤时振动阻尼方程以及损伤时振动阻尼方程，建立编织陶瓷基复合材料总振动阻尼方程，以此能够准确预测考虑纤维断裂影响的编织陶瓷基复合材料振动阻尼。瓷基复合材料振动阻尼。瓷基复合材料振动阻尼。
【技术实现步骤摘要】
一种考虑纤维断裂影响的编织陶瓷基复合材料振动阻尼的预测方法
[0001]本专利技术涉及复合材料振动阻尼预测
，尤其涉及一种考虑纤维断裂影响的编织陶瓷基复合材料振动阻尼的预测方法。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。在振动载荷作用下，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，影响其振动阻尼。
[0004]目前针对编织陶瓷基复合材料振动阻尼的研究，未考虑纤维断裂对振动阻尼的影响。如何考虑纤维断裂对编织陶瓷基复合材料振动阻尼的影响，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。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种考虑纤维断裂影响的编织陶瓷基复合材料振动阻尼的预测方法，本专利技术提供的方法考虑了纤维断裂因素对编织陶瓷基复合材振动阻尼的影响，能够准确地预测纤维断裂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振动阻尼预测的准确性。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种考虑纤维断裂影响的编织陶瓷基复合材料振动阻尼的预测方法，包括以下步骤：
[0008](1)根据断裂力学界面脱粘准则，建立编织陶瓷基复合材料动态加载界面脱粘长度方程、卸载界面反向滑移长度方程以及重新加载界面新滑移长度方程；
[0009](2)根据振动载荷条件下编织陶瓷基复合材料的应变能以及纤维相对基体在界面脱粘区的能量耗散，利用所述步骤(1)得到的编织陶瓷基复合材料动态加载界面脱粘长度方程、卸载界面反向滑移长度方程以及重新加载界面新滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料损伤时振动阻尼方程；
[0010](3)根据编织陶瓷基复合材料无损伤时振动阻尼方程以及所述步骤(2)得到的编织陶瓷基复合材料损伤时振动阻尼方程，建立编织陶瓷基复合材料总振动阻尼方程，以此预测考虑纤维断裂影响的编织陶瓷基复合材料振动阻尼。
[0011]优选地，所述步骤(1)中，断裂力学界面脱粘准则满足式1所示方程：
[0012][0013]其中，Γ
d
为界面脱粘能，τ
i
为界面脱粘区摩擦剪应力，w
f
(0)为基体裂纹平面纤维轴向位移，v(x)为纤维相对基体轴向位移，r
f
为纤维半径，x为轴向取值，l
d
为界面脱粘长度，F为基体裂纹平面纤维承担载荷。
[0014]优选地，所述步骤(1)中，编织陶瓷基复合材料动态加载界面脱粘长度方程如式2所示：
[0015][0016]其中，V
m
为基体体积含量，E
m
为基体弹性模量，E
c
为复合材料弹性模量，Ф为完好纤维承担应力，ρ为剪滞模型参数，χ为复合材料沿应力加载方向纤维有效体积含量系数，V
f
为复合材料中纤维体积含量，V
m
为复合材料中基体体积含量，E
f
为纤维弹性模量，σ为应力。
[0017]优选地，所述步骤(1)中，编织陶瓷基复合材料卸载界面反向滑移长度方程如式3所示：
[0018][0019]其中，l
y
为卸载界面反向滑移长度，Ф
U
为卸载完好纤维承担应力。
[0020]优选地，所述步骤(1)中，编织陶瓷基复合材料重新加载界面新滑移长度方程如式4所示：
[0021][0022]其中，l
z
为重新加载界面新滑移长度，Ф
R
为重新加载完好纤维承担应力。
[0023]优选地，所述步骤(2)中，编织陶瓷基复合材料损伤时振动阻尼方程如式5所示：
[0024][0025]其中，η
y
为复合材料损伤时振动阻尼，U
d
为复合材料耗散能，U为复合材料应变能；
[0026]所述U
d
由式6所示公式确定，所述U由式7所示公式确定：
[0027]U
d
＝U
d_unloading
+U
d_reloading
ꢀꢀꢀ
式6；
[0028]U＝U
f
+U
m
ꢀꢀꢀ
式7；
[0029]其中，U
d_unloading
为卸载耗散能，U
d_reloading
为重新加载耗散能，U
f
为纤维应变能，U
m
为基体应变能；
[0030]所述U
d_unloading
由式8所示公式确定，所述U
d_reloading
由式9所示公式确定，所述U
f
由式10所示公式确定，所述U
m
由式11所示公式确定：
[0031][0032][0033][0034][0035]其中，σ
fo
为界面粘结区纤维轴向应力，σ
mo
为界面粘结区基体轴向应力，l
c
为基体裂纹间距。
[0036]优选地，所述步骤(3)中，编织陶瓷基复合材料总振动阻尼方程如式12所示：
[0037]η
c
＝η
x
+η
y
ꢀꢀꢀ
式12；
[0038]其中，η
c
为复合材料总振动阻尼，η
x
为复合材料无损伤时振动阻尼。
[0039]优选地，所述步骤(3)中，编织陶瓷基复合材料无损伤时振动阻尼方程如式13所示：
[0040][0041]其中，η
f
为纤维振动阻尼，η
m
为基体振动阻尼。
[0042]优选地，所述编织陶瓷基复合材料沿应力加载方向纤维有效体积含量系数满足式14所示公式：
[0043][0044]其中，V
f_loading
为复合材料沿应力加载方向纤维体积含量。
[0045]本专利技术提供了一种考虑纤维断裂影响的编织陶瓷基复合材料振动阻尼的预测方法，具体是根据断裂本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种考虑纤维断裂影响的编织陶瓷基复合材料振动阻尼的预测方法，包括以下步骤：(1)根据断裂力学界面脱粘准则，建立编织陶瓷基复合材料动态加载界面脱粘长度方程、卸载界面反向滑移长度方程以及重新加载界面新滑移长度方程；(2)根据振动载荷条件下编织陶瓷基复合材料的应变能以及纤维相对基体在界面脱粘区的能量耗散，利用所述步骤(1)得到的编织陶瓷基复合材料动态加载界面脱粘长度方程、卸载界面反向滑移长度方程以及重新加载界面新滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料损伤时振动阻尼方程；(3)根据编织陶瓷基复合材料无损伤时振动阻尼方程以及所述步骤(2)得到的编织陶瓷基复合材料损伤时振动阻尼方程，建立编织陶瓷基复合材料总振动阻尼方程，以此预测考虑纤维断裂影响的编织陶瓷基复合材料振动阻尼。2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(1)中，断裂力学界面脱粘准则满足式1所示方程：其中，Γ
d
为界面脱粘能，τ
i
为界面脱粘区摩擦剪应力，w
f
(0)为基体裂纹平面纤维轴向位移，v(x)为纤维相对基体轴向位移，r
f
为纤维半径，x为轴向取值，l
d
为界面脱粘长度，F为基体裂纹平面纤维承担载荷。3.根据权利要求2所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(1)中，编织陶瓷基复合材料动态加载界面脱粘长度方程如式2所示：其中，V
m
为基体体积含量，E
m
为基体弹性模量，E
c
为复合材料弹性模量，Ф为完好纤维承担应力，ρ为剪滞模型参数，χ为复合材料沿应力加载方向纤维有效体积含量系数，V
f
为复合材料中纤维体积含量，V
m
为复合材料中基体体积含量，E
f
为纤维弹性模量，σ为应力。4.根据权利要求3所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(1)中，编织陶瓷基复合材料卸载界面反向滑移长度方程如式3所示：其中，l
y
为卸载界面反向滑移长度，Ф
U
为卸载完好纤维承担应力。5.根据权利要求4所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(1)中，编织陶瓷基复合材料重新加载界面新滑移长度方程如式4所示：其中，l
z
为重新加载界面新滑移长度，Ф
R
为重新加载完好纤维承担应力。6.根据权利要求5所述的...
【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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。