[发明专利]单向陶瓷基复合材料任意应力加卸载本构行为快速计算方法

说明书

单向陶瓷基复合材料任意应力加卸载本构行为快速计算方法，其中提出了一种陶瓷基复合材料任意应力加卸载载荷谱的等效计算方法，实现了将复杂载荷谱简化为等效加卸载载荷谱。同时，基于等效加卸载载荷谱，给出了滑移区分布的快速计算方法，考虑了复合材料在加卸载中的基体开裂、界面脱粘和滑移、界面磨损等细观损伤机制。该方法无需对等效加卸载载荷谱中的载荷点进行逐一计算，进一步提高了计算效率。

技术领域

本发明属于复合材料应力应变行为预测领域，具体涉及单向陶瓷基复合材料任意应力加卸载本构行为快速计算方法。

背景技术

陶瓷基复合材料由于其高比强、高比模量、耐高温性能优良等特点，成为新一代航空发动机热端部件重要的候选材料。陶瓷基复合材料在实际服役过程中，承受无规则载荷作用。在载荷作用下，陶瓷基复合材料会发生基体开裂、界面脱粘和滑移等细观损伤模式。此外，与在任意加卸载载荷作用过程中的应力应变行为相比，人们更关心材料在承受了一系列任意应力加卸载载荷作用后的损伤状态和本构行为，从而为快速预测复合材料的剩余寿命提供基础。因此，基于任意应力加卸载曲线，如何快速计算陶瓷基复合材料的损伤状态和本构行为是需要研究的问题。

目前，国内外学者对陶瓷基复合材料在任意应力加卸载本构行为进行了大量研究。高希光等(Xiguang Gao,Sheng Zhang,Guangwu Fang,Yingdong Song.Distributionof slip regions on the fiber–matrix interface of ceramic matrix compositesunder arbitrary loading,JOURNAL OF REINFORCED PLASTICS AND COMPOSITES.2015；34(20):1713-1723)和宋迎东等(宋迎东,张盛，高希光，方光武，单向纤维增强陶瓷基复合材料界面滑，中国发明专利，授权号：CN104866690B)均基于剪滞模型，给出了任意应力加卸载作用下陶瓷基复合材料应力应变行为的计算方法。但是该方法需要对加卸载曲线中载荷点进行逐一计算，因此无法实现快速计算。同样，高希光等(Gao,Xiguang,Fang Guangwu,SongYingdong.Hysteresis loop model of unidirectional carbon fiber-reinforcedceramic matrix composites under an arbitrary cyclic load[J].Composites Part BEngineering,56:92-99.)提出的方法也存在同样的问题。

基于上述讨论，因此，需要提出一种可以快速计算陶瓷基复合材料任意应力加卸载本构行为的方法。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种单向陶瓷基复合材料任意应力加卸载本构行为快速计算方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

单向陶瓷基复合材料任意应力加卸载本构行为快速计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：判断复合材料是否发生损伤，如果没有发生损伤，则采用混合率公式计算当前应力下的应变；如果发生损伤，则采用下述步骤进行计算；

步骤2：计算当前载荷点对应的载荷循环的界面剪应力；

步骤3：在原始加卸载曲线的最大峰值载荷到当前载荷点之间的峰值载荷中，挑选其中依次减小的峰值载荷，组成峰值点降序载荷数组；

步骤4：在原始加卸载曲线的最大峰值载荷到当前载荷点之间的谷值载荷中，挑选其中依次增加的谷值载荷，组成谷值点升序载荷数组；

步骤5：将峰值点降序载荷数组和谷值点升序载荷数组按照原始加卸载曲线中的载荷顺序进行组合，组成等效加卸载载荷谱；

步骤6：基于等效加卸载载荷谱和当前载荷点对应的载荷循环的界面剪应力，计算复合材料滑移区分布；