一种CMC结构热梯度环境下的力学性能预测方法技术

本发明专利技术的一种CMC结构热梯度环境下的力学性能预测方法，采用X射线计算机断层成像法获得CMC结构内部细观形貌的三维模型，得到CMC细观结构几何参数数据；建立具有CMC结构转角及曲面特征的路径参数方程；对CMC细观模型施加热梯度边界条件，计算CMC细观模型温度场及热变形，标记并更新模型损伤单元，直至累计损伤单元数量不再增加，得到热应力损伤充分发展的CMC细观模型；对热应力损伤充分发展的CMC细观模型施加位移载荷并进行有限元计算，获得对应载荷状态下的CMC应力‑应变响应结果。本发明专利技术能提高工程应用中CMC结构的力学性能预测精度，提高了研究人员的设计效率，为航空发动机热端部件结构设计提供参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于陶瓷基复合材料结构力学性能预测，尤其涉及一种cmc结构热梯度环境下的力学性能预测方法。

技术介绍

1、纤维增强陶瓷基复合材料(ceramic matrix composite，简称cmc)具有耐高温、质量轻、强度高及耐腐蚀等诸多优点，是新一代先进航空发动机高温部件的关键材料。采用cmc制造的航空发动机热端部件在持续高温环境中的工作表现优秀，可减轻航空发动机的整体重量，提高发动机推重比，进一步提升航空发动机的性能。

2、由于航空发动机cmc结构通常服役于复杂高温环境，其温度分布存在较大梯度，长期服役工作下会出现热应力损伤。目前针对cmc的高温环境力学性能研究工作大多只考虑均匀环境温度(cn110686967a)。然而，针对均匀环境温度建立的模型难以准确预测温度梯度环境下cmc结构的真实损伤情况，导致计算获得的cmc结构力学性能与真实情况偏差较大，难以准确评估处于热梯度环境下的cmc结构的使用寿命，影响了cmc结构的服役可靠性。

3、因此，有必要提出一种能够计算热梯度环境下cmc结构力学性能的方法，并预测不同热梯度环境下c本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种CMC结构热梯度环境下的力学性能预测方法，其特征是：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种CMC结构热梯度环境下的力学性能预测方法，其特征是：步骤二中，具有CMC结构转角及曲面特征的路径参数方程为：

3.根据权利要求1所述的一种CMC结构热梯度环境下的力学性能预测方法，其特征是：步骤四的具体方法为：(1)假设CMC细观模型所处热梯度温度场恒定，CMC细观模型中的热应力损伤分布不受其他载荷影响，对CMC细观模型施加热梯度温度边界条件，设置渐进损伤计算迭代次数上限；(2)有限元计算后遍历CMC细观模型所有纱线单元应力，对满足各向异性失效准则判据的CMC纱...

【技术特征摘要】

1.一种cmc结构热梯度环境下的力学性能预测方法，其特征是：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种cmc结构热梯度环境下的力学性能预测方法，其特征是：步骤二中，具有cmc结构转角及曲面特征的路径参数方程为：

3.根据权利要求1所述的一种cmc结构热梯度环境下的力学性能预测方法，其特征是：步骤四的具体方法为：(1)假设cmc细观模型所处热梯度温度场恒定，cmc细观模型中的热应力损伤分布不受其他载荷影响，对cmc细观模型施加热梯度温度边界条件，设置渐进损伤计算迭代次数上限；(2)有限元计算后遍历cmc细观模型所有纱线单元应力，对满足各向异性失效准则判据的cmc纱线单元进行退化，认为其已失效并不再具备承载能力，并统计失效单元累计数目，对于cmc细观模型其他未失效单元，依据cmc纱线本构关系对模型结构刚度进行退化，模拟cmc结构在出现热应力损伤后承载能力的衰减过程；重复(2)过程直至累计失效单元数量不再增加或者达到预设迭代次数上限，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：于国强，倪政，马文兵，隋正卿，何元辉，高希光，宋迎东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：