[发明专利]一种考虑环境影响的编织陶瓷基复合材料稳态基体开裂应力的预测方法

说明书

本发明属于陶瓷基复合材料稳态基体开裂应力预测技术领域，具体涉及一种考虑环境影响的编织陶瓷基复合材料稳态基体开裂应力的预测方法。本发明提供的稳态基体开裂应力分布方程，利用纤维/基体界面氧化区长度、温度条件下的纤维/基体界面氧化区摩擦剪应力和温度条件下的纤维/基体界面脱粘区摩擦剪应力构建得到，使温度和氧化因素纳入至稳态基体开裂应力方程中，为准确预测编织陶瓷基复合材料稳态基体的开裂应力提供依据。实施例结果表明，本发明提供的预测方法能够预测编织陶瓷基复合材料在不同使用温度下的开裂应力。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料稳态基体开裂应力预测技术领域，具体涉及一种考虑环境影响的编织陶瓷基复合材料稳态基体开裂应力的预测方法。

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，进而提高涡轮效率，因此，已经成为航空发动机燃烧室、涡轮导向叶片、涡轮壳环、尾喷管等多种器件的制备材料。由CFM公司研制的LEAP(Leading EdgeAviation Propulsion,LEAP)系列发动机的高压涡轮就采用了编织陶瓷基复合材料，例如，LEAP-1B发动机为空客A320和波音737MAX提供动力，而LEAP-X1C发动机是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，国内外学者将编织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一个主要研究方向。如李龙彪等提供了一种单向陶瓷基复合材料稳态基体开裂应力的预测方法(参见Modeling first matrix cracking stress of fiber-reinforced ceramic-matrix composites considering fiber fracture.Theoretical andAppliedFractureMechanics 2017；92:24-32.)，但预测结果的准确性并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑环境影响的编织陶瓷基复合材料稳态基体开裂应力的预测方法，本发明提供的预测方法将温度和氧化因素纳入预测体系，提高了预测结果的准确性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种考虑环境影响的编织陶瓷基复合材料稳态基体开裂应力的预测方法，包括如下步骤：

(1)基于剪滞模型，构建稳态基体开裂应力分布方程；

所述稳态基体开裂应力分布方程包括稳态基体开裂下游区应力分布方程和稳态基体开裂上游区应力分布方程；

所述稳态基体开裂下游区应力分布方程利用纤维/基体界面氧化区长度、温度条件下的纤维/基体界面氧化区摩擦剪应力和温度条件下的纤维/基体界面脱粘区摩擦剪应力构建得到；

(2)基于断裂力学界面脱粘准则，利用温度条件下的纤维/基体界面脱粘区摩擦剪应力和温度条件下的纤维/基体界面氧化区摩擦剪应力，构建纤维/基体界面脱粘区长度方程；

(3)基于能量平衡关系，利用所述步骤(1)得到的稳态基体开裂应力分布方程、所述步骤(2)得到的纤维/基体界面脱粘区长度方程，结合纤维/基体界面氧化区长度，构建稳态基体开裂平衡关系方程，预测编织陶瓷基复合材料稳态基体开裂应力。

优选的，所述步骤(1)中，

下游区纤维轴向应力分布方程如式1所示：

下游区基体轴向应力分布方程如式2所示：

上游区纤维轴向应力分布方程如式3所示：