[发明专利]一种考虑多级疲劳损伤的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测方法

说明书

本发明提供了一种考虑多级疲劳损伤的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测方法，属于复合材料疲劳迟滞回线预测方法技术领域。本发明根据剪滞模型以及滑移作用机理分析编织陶瓷基复合材料在多级疲劳载荷条件下的细观应力场，获得多级疲劳载荷条件下的卸载纤维轴向应力分布方程以及重新加载条件下的纤维轴向应力分布方程，根据断裂力学界面脱粘准则获得多级疲劳载荷条件下的界面脱粘长度方程、卸载界面反向滑移长度方程和重新加载新界面脱粘长度方程，基于陶瓷基复合材料受损区域的应力‑应变关系方程，预测编织陶瓷基复合材料多级疲劳载荷条件下的迟滞回线。

技术领域

本发明涉及复合材料疲劳迟滞回线预测方法技术领域，尤其涉及一种考虑多级疲劳损伤的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测方法。

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(Leading EdgeAviation Propulsion)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发动机为大型飞机C919提供动力。

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，国内外研究人员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。在编织陶瓷基复合材料实际使用过程中，迟滞回线是预测其损伤演化的有效工具之一。在多级疲劳载荷条件下，编织陶瓷基复合材料出现基体多开裂、纤维 /基体界面脱粘与滑移等多重损伤机制，使得卸载与重新加载过程中应力-应变曲线出现明显的迟滞现象。迟滞回线的形状、位置与面积能够反映编织陶瓷基复合材料内部的损伤演化状况，是监测编织陶瓷基复合材料内部损伤的关键技术手段。

如何考虑多级疲劳载荷因素对编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的影响，监测多级疲劳载荷对复合材料造成的损伤，是编织陶瓷基复合材料结构实际工程应用需要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑多级疲劳损伤的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测方法，本发明提供的方法考虑了多级疲劳载荷因素对编织陶瓷基复合材料界面脱粘以及界面滑移的影响，能够准确地预测多级疲劳载荷对编织陶瓷基复合材料造成的损伤问题，提高了编织陶瓷基复合材料迟滞回线预测的准确性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种考虑多级疲劳损伤的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测方法，包括如下步骤：

(1)根据剪滞模型和多级疲劳载荷条件下的滑移作用机理，建立多级疲劳载荷条件下的卸载纤维轴向应力分布方程以及重新加载条件下的纤维轴向应力分布方程；

(2)根据断裂力学界面脱粘准则，利用所述步骤(1)得到的多级疲劳载荷条件下的卸载纤维轴向应力分布方程，建立界面脱粘长度方程；

根据断裂力学界面脱粘准则，利用所述步骤(1)得到的多级疲劳载荷条件下的卸载纤维轴向应力分布方程，建立卸载界面反向滑移长度方程；

根据断裂力学界面脱粘准则，利用所述步骤(1)得到的重新加载条件下的纤维轴向应力分布方程以及所述界面脱粘长度方程、卸载界面反向滑移长度方程，建立重新加载新界面新滑移长度方程；

(3)根据所述步骤(1)得到的多级疲劳载荷条件下的卸载纤维轴向应力分布方程以及重新加载条件下的纤维轴向应力分布方程和步骤(2)得到的界面脱粘长度方程、卸载界面反向滑移长度方程以及重新加载新界面新滑移长度方程，建立编织陶瓷基复合材料卸载条件下和重新加载条件下的应力 -应变关系方程，以此预测编织陶瓷基复合材料多级疲劳载荷迟滞回线。