[发明专利]复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳寿命预测方法

权利要求书

1.一种复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳寿命预测方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)建立复杂编织结构陶瓷基复合材料的单胞模型；

(2)初始加载至疲劳峰值载荷，认定纬纱单元都已经失效；

(3)进入卸载-加载过程，假设当前循环数为Cycle；

(4)计算该循环数下微观尺度疲劳性能；

(5)计算该循环下纤维失效百分数P(T)；

(6)判断纤维失效百分数P(T)与纤维失效临界值q^*的关系；若P(T)>q^*，进入步骤(9)；否则，进入步骤(7)；

(7)计算单胞尺度疲劳性能，得到Cycle循环下的最大应变

(8)判断与最大失效应变ε_max的关系；若材料发生疲劳破坏，进入步骤(8)；否则，Cycle＝Cycle+1，同时进入步骤(3)；

(9)输出循环次数Cycle，疲劳失效，程序终止。

2.根据权利要求1所述的复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述步骤(1)中，通过ANSYS建模仿真软件建立单胞模型。

3.根据权利要求1所述的复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述步骤(2)中，失效的纬纱单元还具备承载能力，即单元常数不为零，只是弹性常数发生缩减，缩减后的弹性常数取初始值的1％。

4.根据权利要求1所述的复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述步骤(3)中，假定当前循环数Cycle＝1。

5.根据权利要求1所述的复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述步骤(4)中，当复合材料出现损伤时，假设复合材料应变等于未损伤的纤维应变，即

ϵc=2EfL∫L/2σf(x)dx-(αc-αf)ΔT]]>

式中，ε_c表示复合材料应变，E_f表示纤维弹性模量，L表示基体裂纹间距，σ_f(x)表示纤维轴向应力，α_c表示复合材料热膨胀系数，α_f表示纤维热膨胀系数，△T表示复合材料制备温度与工作温度之差；

分别考虑基于卸载/重新加载时纤维相对基体在界面脱粘区内滑移和反向滑移的损伤机制，分析以下四种情况下应力应变关系：

(a)界面部分脱粘，卸载/重新加载时纤维相对基体在界面脱粘区完全滑移；

(b)界面部分脱粘，卸载/重新加载时纤维相对基体在界面脱粘区部分滑移；

(c)界面完全脱粘，卸载/重新加载时纤维相对基体在界面脱粘区部分滑移；

(d)界面完全脱粘，卸载/重新加载时纤维相对基体在界面脱粘区完全滑移；

当界面部分脱粘时，卸载/重新加载界面滑移时卸载应变为：

ϵc_pu=σVfEf+4τiEfy2rfL-2τiEf(2y-Ld)(2y+Ld-L)rfL-(αc-αf)ΔT]]>

当界面部分脱粘时，卸载/重新加载界面滑移时重新加载应变为：

ϵc_pr=σVfEf-4τiEfz2rfL+4τiEf(y-2z)2rfL+2τiEf(Ld-2y+2z)(Ld+2y-2z-L)rfL-(αc-αf)ΔT]]>

当界面完全脱粘时，卸载/重新加载界面滑移时卸载应变为：

ϵc_fu=σVfEf+4τiEfy2rfL-2τiEf(2y-L/2)2rfL-(αc-αf)ΔT]]>

当界面完全脱粘时，卸载/重新加载界面滑移时重新加载应变为：

ϵc_fr=σVfEf-4τiEfz2rfL+4τiEf(y-2z)2rfL-2τiEf(L/2-2y+2z)2rfL-(αc-αf)ΔT]]>

上述四式中，ε_{c_pu}表示界面部分脱粘时的卸载应变，ε_{c_pr}界面部分脱粘时的重新加载应变，ε_{c_fu}表示界面完全脱粘时的卸载应变，ε_{c_fr}表示界面完全脱粘时的重新加载应变，σ表示复合材料轴向应力，V_f表示纤维体积含量，τ_i表示界面剪应力，r_f表示纤维半径,y表示卸载界面反向滑移长度，z表示重新加载新界面滑移长度，L_d表示界面脱粘长度。