[发明专利]一种编织陶瓷基复合材料疲劳寿命的预测方法

说明书

本发明属于复合材料疲劳寿命预测技术领域，具体涉及一种编织陶瓷基复合材料疲劳寿命的预测方法。本发明对编织陶瓷基复合材料施加循环载荷，基于编织陶瓷基复合材料的疲劳迟滞耗能，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；同时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，再以此获得编织陶瓷基复合材料的纤维强度衰退速率方程；然后根据总体载荷承担准则，得到随机载荷影响下的不同循环数纤维断裂体积百分数(即纤维失效概率)，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。

技术领域

本发明属于复合材料疲劳寿命预测技术领域，具体涉及一种编织陶瓷基复合材料疲劳寿命的预测方法。

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，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(LeadingEdgeAviation Propulsion,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，美国联邦航空局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疲劳寿命，成为研究的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种编织陶瓷基复合材料疲劳寿命的预测方法，本发明提供的预测方法，将随机载荷的影响考虑在内，提高了编织陶瓷基复合材料疲劳寿命预测结果的准确性。

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。

优选的，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；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。

优选的，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；