[发明专利]一种陶瓷基复合材料疲劳载荷下界面参数识别方法

权利要求书

1.一种陶瓷基复合材料疲劳载荷下界面参数识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：开展单向陶瓷基复合材料疲劳加卸载试验，获得材料的加卸载迟滞曲线；

步骤二：计算加卸载迟滞曲线中不同循环数下的迟滞环面积和滑移应变；所述步骤二中，对于任一循环数下的加卸载迟滞曲线，分别对卸载曲线和加载曲线进行多项式拟合，并基于拟合曲线，计算迟滞环面积；提取加卸载迟滞曲线的最大和最小应变，并基于下述公式计算迟滞环滑移应变：

其中，x_maxi,x_mini分别表示第i个迟滞环的最大和最小应变，σ_max,σ_min分别表示最大疲劳峰值应力和最小疲劳谷值应力，s_{slip_i}表示第i个迟滞环的滑移应变，E_c为复合材料等效弹性模量；

步骤三：采用裂纹观测技术，获得最大疲劳峰值应力下平均基体裂纹间距；

步骤四：基于剪滞模型，建立界面摩擦力与迟滞环面积、滑移应变之间的函数关系；

步骤五：将步骤二中迟滞环面积和滑移应变的实验值带入步骤四中的函数关系，识别不同循环数下的界面摩擦力。

2.如权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料疲劳载荷下界面参数识别方法，其特征在于：所述步骤一中，开展单向陶瓷基复合材料疲劳加卸载试验时，最大疲劳峰值应力应大于复合材料初始基体开裂应力。

3.如权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料疲劳载荷下界面参数识别方法，其特征在于：所述步骤三中，将长度为25mm的试件粘贴上加强片，并装在加载装置上；将加载装置放置在显微镜下；通过加载装置，给复合材料试件施加应力，直至最大疲劳峰值应力，并保持载荷；通过显微镜观察试件上的裂纹个数，从而进一步得到复合材料平均基体裂纹间距L。

4.如权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料疲劳载荷下界面参数识别方法，其特征在于：所述步骤四中，基于最小疲劳谷值应力下的滑移区分布，界面状态分为界面部分滑移和界面完全滑移，针对两种不同的界面状态，界面摩擦力与迟滞环面积、滑移应变之间的函数关系如下：

1)若疲劳谷值、峰值应力和平均基体裂纹间距之间满足如下所示的关系：

则界面部分滑移，其中，y_max表示最小疲劳谷值应力下对应的理论最大反向滑移长度，其表达式为tanθ的表达式为C₁的表达式为θ表示纤维应力分布与纤维轴方向的夹角，τ_i为第i个迟滞曲线对应的界面摩擦力，r_f表示纤维半径，v_f表示纤维体积分数，E_f表示纤维的弹性模量；对于迟滞曲线中的任一应力σ_j，卸载过程和加载过程中的应变差值Δε为：

其中，θ表示纤维应力分布与纤维轴方向的夹角，y_x表示应力σ_j下对应的理论反向滑移区的长度，其表达式基于公式(3)，迟滞环面积S表示为：

鉴于则公式(4)进一步表示为：

公式(5)积分结果如下：

其中，k₁的表达式为：

此外，基于剪滞模型，界面部分滑移时，迟滞环滑移应变表示为：

联合公式(6)和公式(8)，消去y_max，得到界面部分滑移时界面摩擦力与迟滞环面积、迟滞环滑移应变之间关系，如下所示：

2)若疲劳谷值、峰值应力和平均基体裂纹间距之间满足如下所示的关系：

则界面完全滑移；

①如果疲劳谷值、峰值应力和平均基体裂纹间距之间满足如下所示的关系：

则对于迟滞曲线中的任一应力σ_j，卸载过程和重新加载过程中的应变差值为：

其中，Δl的表达式为Δl＝y_max-L/2，将公式(12)带入公式(4)，则迟滞环面积表示为：

其中，Δσ_max＝σ_max-σ_min；

②如果疲劳谷值、峰值应力和平均基体裂纹间距之间满足如下所示的关系：

y_max≥L (14)

则对于迟滞曲线中的任一应力σ_j，卸载过程和重新加载过程中的应变差值为：

将公式(15)带入公式(4)，则迟滞环面积表示为：

此外，基于剪滞模型，界面完全滑移时，迟滞环滑移应变表示为：

联合公式(13)和公式(16)、(17)，得到界面完全滑移时界面摩擦力与迟滞环面积、迟滞环滑移应变之间的函数关系，并通过求解方程，得到界面完全滑移时对应的界面摩擦力大小。