[发明专利]一种监测编织陶瓷基复合材料高温疲劳损伤累积的方法

说明书

本发明属于复合材料高温疲劳损伤监测技术领域，具体涉及一种通过迟滞耗散能监测编织陶瓷基复合材料高温疲劳损伤累积的方法。本发明利用与温度和循环数相关的纤维/基体界面剪应力建立编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面脱粘长度方程，并以此为基础，得到编织陶瓷基复合材料的疲劳耗散能方程，再通过疲劳耗散能方程得到疲劳损伤参数，用于监测编织陶瓷基复合材料的高温疲劳损伤累积。本发明提供的上述方法，充分考虑温度和循环次数对复合材料的基体和纤维纤维/基体界面的影响，所得复合材料的高温疲劳损伤累积更加准确。

技术领域

本发明属于复合材料疲劳寿命预测技术领域，具体涉及一种通过迟滞耗散能监测编织陶瓷基复合材料高温疲劳损伤累积的方法。

背景技术

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(LeadingEdgeAviationPropulsion,LEAP)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发动机也是我国大型飞机C919选用的唯一动力装置。

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，国内外研究学者均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。编织陶瓷基复合材料的疲劳寿命对材料使用的安全性有直接影响，如何准确预测编织陶瓷基复合材料的高温疲劳损伤累积，是保证其使用可靠性与安全性的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过迟滞耗散能监测编织陶瓷基复合材料高温疲劳损伤累积的方法，本发明提供的方法将高温环境和循环次数的影响融入监测过程，提高了编织陶瓷基复合材料高温疲劳损伤累积监测结果的准确性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种通过迟滞耗散能监测编织陶瓷基复合材料高温疲劳损伤累积的方法，包括以下步骤：

(1)根据断裂力学脱粘准则，利用与温度和循环数相关的纤维/基体界面脱粘区摩擦剪应力建立纤维/基体界面脱粘长度方程；

(2)根据断裂力学脱粘准则、纤维/基体界面滑移机理和所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程，建立卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程；

(3)根据断裂力学脱粘准则、纤维/基体界面滑移机理、所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，建立重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程；

(4)根据所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程和所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程，结合总体载荷承担准则，建立卸载应力-应变方程；

根据所述步骤(1)得到的纤维/基体界面脱粘长度方程、所述步骤(2)得到的卸载纤维/基体界面反向滑移长度方程和所述步骤(3)得到的重新加载纤维/基体界面新滑移长度方程，结合总体载荷承担准则，建立重新加载应力-应变方程；

(5)根据所述步骤(4)得到的卸载应力-应变方程和重新加载应力-应变方程，建立疲劳迟滞耗散能方程，监测编织陶瓷基复合材料的高温疲劳损伤累积。

优选的，所述步骤(1)中纤维/基体界面脱粘长度方程如式1所示：

式1中，l_d表示纤维/基体界面脱粘长度；

τ_i(T,N)表示与温度和循环数相关的纤维/基体界面脱粘区磨擦剪应力；