[发明专利]一种编织陶瓷基复合材料疲劳寿命的预测方法

权利要求书

1.一种编织陶瓷基复合材料疲劳寿命的预测方法，包括以下步骤：

(I)基于编织陶瓷基复合材料的疲劳迟滞耗能，确定不同循环数的纤维/基体界面剪应力，获得编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面剪应力衰退速率方程；

(II)对不同循环数的载荷作用下的疲劳试样进行断口拔出断裂镜面测试，获得不同循环数的载荷作用下的疲劳作用后编织陶瓷基复合材料中纤维强度；

根据不同循环数的载荷作用下的疲劳作用后编织陶瓷基复合材料中纤维强度，获得编织陶瓷基复合材料中纤维强度衰退速率方程；

(III)根据总体载荷承担准则，利用所述步骤(I)获得的纤维/基体界面剪应力衰退速率方程和步骤(II)获得的纤维强度衰退速率方程，得到随机载荷影响下的不同循环数纤维断裂体积百分数，当所述不同循环数纤维断裂体积百分数达到临界值时，视为编织陶瓷基复合材料疲劳断裂；

所述步骤(I)和步骤(II)没有时间先后顺序；

所述步骤(III)中，得到编织陶瓷基复合材料在随机载荷作用下的不同循环数纤维断裂体积百分数的方式包括以下步骤：

根据总体载荷承担准则，确定完好纤维与断裂纤维承担应力的关系方程；

根据纤维失效概率与所述纤维/基体界面剪应力衰退速率、纤维强度衰退速率的关系以及断裂纤维承担应力与所述纤维/基体界面剪应力衰退速率、纤维强度衰退速率的关系，将完好纤维与断裂纤维承担应力的关系方程转变为随机载荷与完好纤维承担应力的关系方程；

以所述随机载荷与完好纤维承担应力的关系方程确定随机载荷下完好纤维承担应力，以所得到的随机载荷下完好纤维承担应力结合纤维失效概率方程，得到在随机载荷作用下的不同循环数纤维断裂体积百分数；

所述步骤(I)中编织陶瓷基复合材料的纤维/基体界面剪应力衰退速率方程如式1所示：

式1中，为纤维/基体界面剪应力衰退速率；α和β为模型参数；N为循环载荷的循环数；通过式1-1得到；

式1-1中，τ_imin为稳态界面剪应力，τ_imax为初始界面剪应力；

所述步骤(II)中，纤维强度衰退速率方程如式2所示：

φ＝1-η(logN)^γ 式2；

式2中，φ为纤维强度衰退速率；η和γ为模型参数；N为循环载荷的循环数；

所述完好纤维与断裂纤维承担应力的关系方程如式3所示：

式3中，σ_{max_s}为随机峰值应力，T为完好纤维承担应力，T_b为断裂纤维承担应力，P(T)为纤维失效概率，χ为编织陶瓷基复合材料沿加载方向纤维有效体积含量系数，V_f为编织陶瓷基复合材料纤维体积含量；

所述纤维失效概率与所述纤维/基体界面剪应力衰退速率、纤维强度衰退速率的关系如式4所示：

式4中，P(T)为纤维失效概率，φ为纤维强度衰退速率，为纤维/基体界面剪应力衰退速率，T为完好纤维承担应力，σ_c为纤维特征强度，m为纤维威布尔模量；

所述断裂纤维承担应力与所述纤维/基体界面剪应力衰退速率、纤维强度衰退速率的关系如式5所示：

式5中，T_b为断裂纤维承担应力，P(T)为纤维失效概率，φ为纤维强度衰退速率，为纤维/基体界面剪应力衰退速率，T为完好纤维承担应力，σ_c为纤维特征强度，m为纤维威布尔模量；

所述随机载荷与完好纤维承担应力的关系方程如式6所示：

式6中，φ为纤维强度衰退速率，为纤维/基体界面剪应力衰退速率，T为完好纤维承担应力，σ_c为纤维特征强度，m为纤维威布尔模量，χ为编织陶瓷基复合材料沿加载方向纤维有效体积含量系数，V_f为编织陶瓷基复合材料纤维体积含量，σ_{max_s}为随机峰值应力。

2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述临界值根据纤维威布尔模量确定，具体由式7所示：

式7中，q为临界值，m为纤维威布尔模量。