【技术实现步骤摘要】
一种热氧环境下编织C/C复合材料的刚度预测方法
[0001]本专利技术属于复合材料
，涉及C/C复合材料刚度的计算方法，具体涉及一种热氧环境下编织C/C复合材料的刚度预测方法。
技术介绍
[0002]C/C复合材料作为一种复合材料，它强度高，在超高温环境下能保持高强度，并具有良好的烧蚀性能，因而在航空航天、医疗、汽车、船舶等领域得到重要应用。一般用于高温环境的C/C复合材料工作温度在600℃到2500℃，在高温环境工作过程中受温度、氧化等因素影响，力学行为比室温下变的更为复杂。由于编织C/C复合材料是一种新型结构材料，现阶段缺乏高效的方法预测其热氧环境下的刚度。并且制造工艺并不完全成熟可控，通过实验的方式又要耗费大量成本。因此，如何准确的预测编织C/C复合材料热氧环境下的刚度是亟需解决的问题。
技术实现思路
[0003]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提出了一种热氧环境下编织C/C复合材料的刚度预测方法，在节约实验成本的前提下，可以计算出不同氧化时间、不同温度区间的编织C/C复合材料的刚度。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热氧环境下编织C/C复合材料的刚度预测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1根据Arrhenius方程和扩散理论，结合C/C复合材料的氧化规律建立有、无抗氧化涂层的编织C/C复合材料氧化动力学模型；S2根据氧化动力学模型和氧化机理计算纤维和基体的氧化量，将氧化的影响融入到组分性能变化中；S3建立考虑温度和氧化的纤维束弹性性能计算方法；S4分析C/C复合材料中孔隙分布规律，建立含孔隙的单胞几何模型，将几何模型离散化并施加周期性边界条件得到单胞有限元模型；S5将纤维束和基体的弹性性能赋予单胞有限元模型，对其施加位移载荷，通过有限元法计算不同温度，不同氧化时间编织C/C复合材料的刚度。2.根据权利要求1所述的热氧环境下编织C/C复合材料的刚度预测方法，其特征在于：所述步骤S1中氧化动力学模型因氧化规律不同分为两部分，(1)400℃
‑
700℃C
‑
O2化学反应控制氧化速率；化学反应控制氧化速率阶段，有、无抗氧化涂层的C/C复合材料内外均匀氧化，根据Arrhenius方程建立C/C复合材料的氧化动力学模型，即式中，k
v
是氧化速率常数；k0是积分常数，通过氧化试验数据拟合获得；E
r
为反应活化能；T为绝对温度；R为气体常数；(2)700℃以上扩散控制氧化反应速率；C/C复合材料分为外部氧化部分和内部未氧化部分，氧化深度成为预测模型中的一个重要参数，根据传质学理论推导出氧化量和氧化深度计算模型，即氧化动力学模型，计算公式如下：式如下：式如下：式如下：式中N是碳参与氧化的物质的量，即氧化量，为抗氧化涂层区域Ⅱ中CO2的扩散通量，A是C/C复合材料的表面积，t表示氧化时间，L为涂层厚度，x
f
为抗氧化涂层区域Ⅱ的长度，是涂层边界处O2物质的量浓度，是O2有效扩散系数，是CO2的有效扩散系数，h是C/C复合材料初始的裂纹深度，l是初始裂纹长度，s初始裂纹厚度，A
x
为C/C复合材料表面初始裂纹迅速氧化成空穴的底部面积，c是环境气体的物质的量浓度，H为氧化深度，h'为空穴尺寸，M
C
为碳的摩尔质量，ρ是C/C复合材料的密度，S0表示涂层试样单位面积暴露C/C的面积。
3.根据权利要求1所述的热氧环境下编织C/C复合材料的刚度预测方法，其特征在于，所述步骤S2中碳纤维与碳基体等体积氧化，氧化使纤维束纤维体积含量降低，纤维束内基体和纤维束之外的纯基体孔隙尺寸增大，孔隙率增大。4.根据权利要求1所述的热氧环境下编织C/C复合材料的刚度预测方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：碳基体的力学性能参考石墨的性能；基于NASA的经验公式计算氧化后的纤维束弹性性能，纤维束内基体中的孔隙对组分弹性性能造成的影响，使用...
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