[发明专利]一种金属基复合材料在谱载荷下的界面滑移区确定方法

说明书

本发明公开了一种金属基复合材料在谱载荷下的界面滑移区确定方法，包括步骤一：基于带基体裂纹长度的单胞模型求解单胞模型裂纹平面处复合材料基体及纤维承担的应力；步骤二：将步骤一中带裂纹的单胞模型的基体和纤维离散成n个单元；步骤三：基于步骤一和步骤二建立含裂纹长度的摩擦滑移模型；步骤四：基于步骤三中含裂纹长度的摩擦滑移模型计算谱加载下金属基复合材料界面滑移区分布规律。本发明的方法可以有效预测谱载荷下SiC/Ti复合材料界面滑移区分布规律。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种金属基复合材料在谱载荷下的界面滑移区确定方法。

背景技术

连续碳化硅纤维增强钛基复合材料(Titanium Matrix Composites，以下简称SiC/Ti)主要应用于航空发动机转子部件，其具备高比强度、比刚度等特性。连续SiC增强Ti基复合材料结构在承受离心应力时，一般承受的是拉拉载荷，且在实际工况中，拉拉载荷是复杂随机的，所以有必要研究SiC/Ti在谱载荷下的疲劳性能。研究金属基复合材料界面微观力学性能及其影响因素，可以深入理解金属基复合材料变形和失效机理，对金属基复合材料疲劳性能的研究具有重要指导意义。在建立SiC/Ti复合材料应力应变响应前，因在谱载荷下复合材料界面滑移区分布十分复杂，所以要先确定金属基复合材料在谱载荷加载下界面滑移区的分布。准确地预测SiC/Ti复合材料在谱载荷下的界面滑移区分布可以为分析材料在服役环境下的疲劳寿命打下坚实的基础。

现有技术中，专利CN104866690A“单向陶瓷基复合材料任意加卸载应力应变行为预测方法”公开了一种摩擦滑移模型并基于此模型计算单向陶瓷基复合材料在任意加卸载下的界面滑移区分布，该模型模拟的是陶瓷基基体裂纹为贯穿裂纹时复合材料的界面滑移规律，而金属基复合材料基体为弹塑性材料，在加载过程中基体裂纹不是贯穿裂纹且会随加载不断扩展，所以该方法不能用于确定金属基复合材料在任意加卸载下的界面滑移区。文献“FATIGUE LIFE PREDICTION OF FIBER-REINFORCED TITANIUM MATRIX COMPOSITES”提出了一种带基体裂纹长度的单胞模型并结合剪切滞后模型计算了常幅载荷下的金属基复合材料界面滑移区分布及应力应变曲线，但该方法并不能计算谱载荷下金属基复合材料界面滑移区的分布规律。

综上所述，有必要提供一种能有效确定金属基复合材料在谱载荷下界面滑移区分布规律的方法。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种金属基复合材料在谱载荷下的界面滑移区确定方法，该方法可以有效预测谱载荷下SiC/Ti复合材料界面滑移区分布规律。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金属基复合材料在谱载荷下的界面滑移区确定方法，包括以下步骤：

步骤一：基于带基体裂纹长度的单胞模型求解单胞模型裂纹平面处复合材料基体及纤维承担的应力；

步骤二：将步骤一中带裂纹的单胞模型的基体和纤维离散成n个单元；

步骤三：基于步骤一和步骤二建立含裂纹长度的摩擦滑移模型；

步骤四：基于步骤三中含裂纹长度的摩擦滑移模型计算谱加载下金属基复合材料界面滑移区分布规律。

进一步的，所述步骤一包括以下步骤：

基于带裂纹长度的金属基复合材料单胞模型，确定金属基复合材料裂纹平面基体及纤维承担的应力，当复合材料两端受到大小为σ的拉伸载荷时，裂纹平面处，完好的基体承担的应力σ_m1为：