[发明专利]一种考虑制备工艺的陶瓷基复合材料强度预测方法

说明书

一种考虑制备工艺的陶瓷基复合材料强度预测方法，陶瓷基复合材料的制备工艺包含长时间的高温热处理过程，该热处理过程会降低纤维强度并改变纤维强度的分散性，因此陶瓷基复合材料中纤维的性能并不等于材料制备前纤维的性能。本发明按照陶瓷基复合材料的制备工艺对纤维进行热处理，热处理后纤维的性能更接近陶瓷基复合材料中纤维的实际性能。然后测量热处理后纤维的强度分布，根据该纤维强度分布预测陶瓷基复合材料的强度，可以大大提高预测结果的精度。

技术领域

本发明属于复合材料力学性能预测领域，具体涉及一种考虑制备工艺的陶瓷基复合材料强度预测方法。

背景技术

纤维增强陶瓷基复合材料由于具有低密度和高耐温性，在航空发动机热端部件的应用上已经显示出巨大的发展潜力。强度是陶瓷基复合材料最重要的性能之一，进行陶瓷基复合材料结构设计要求设计人员能准确预测材料的强度。作为增强相，纤维的强度性能对陶瓷基复合材料的强度影响很大。现有的陶瓷基复合材料强度预测方法往往就是根据纤维强度预测陶瓷基复合材料的强度。然而这些方法都没有考虑陶瓷基复合材料制备工艺对纤维强度性能的影响。事实上，陶瓷基复合材料的制备工艺包含了长时间(周期长达数百小时)的高温热处理(温度在1000℃以上)过程，该热处理过程会降低纤维强度并改变纤维强度的分散性，改变纤维的强度性能，因此陶瓷基复合材料中纤维的性能并不等于材料制备前纤维的性能。因此，若准确预测陶瓷基复合材料的强度，必须要考虑制备工艺对纤维性能影响。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种考虑制备工艺的陶瓷基复合材料强度预测方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种考虑制备工艺的陶瓷基复合材料强度预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：采用与陶瓷基复合材料制备工艺相同的热处理过程对纤维束进行热处理；

步骤2：对热处理后的纤维进行纤维单丝拉伸试验，得到纤维强度分布；

步骤3：将陶瓷基复合材料中每根纤维等分为很多个纤维微元，基于纤维强度分布，确定各微元的强度式中i和j表示第i根纤维上的第j个微元；

步骤4：给定陶瓷基复合材料平均应力σ，计算各微元上的应力若则纤维在该微元处断裂；

步骤5：计算每根纤维在基体裂纹平面处的应力式中i表示第i根纤维；

步骤6：根据每根纤维在基体裂纹平面处的应力，计算纤维断裂后复合材料的平均应力

步骤7：计算陶瓷基复合材料强度S_c。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，步骤3中，各微元的强度由步骤3中测得的纤维强度分布和选取的纤维强度模型得到。

进一步地，步骤4中，各微元上的应力由选取的陶瓷基复合材料组分应力分布模型得到。

进一步地，步骤5中，若某根纤维上的所有微元都未断裂，则该纤维在基体裂纹平面处的应力为否则计算该纤维在基体裂纹平面处的应力的方法为其中L为基体裂纹平面到最近的断裂微元的距离，τ是纤维/基体间界面剪应力，r_f是纤维半径，v_f是纤维体积分数。

进一步地，步骤6中，计算纤维断裂后复合材料平均应力的方法为其中v_f是纤维体积分数，N_f是纤维总数。

进一步地，步骤7中，计算陶瓷基复合材料强度的方法为其中v_f是纤维体积分数，N_f是纤维总数。