[发明专利]一种通过迟滞回线预测纤维增强陶瓷基复合材料热残余应力和热残余应变的方法

说明书

本发明属于纤维增强陶瓷基复合材料力学性能测试技术领域，具体涉及一种通过迟滞回线预测纤维增强陶瓷基复合材料热残余应力和热残余应变的方法。本发明首先对纤维增强陶瓷基复合材料循环加卸载拉伸，获得不同峰值应力的循环加卸载应力‑应变曲线；通过对0.005％内的应力应变曲线分析，获得复合材料弹性段弹性模量；通过对加载段迟滞回线应力应变曲线分析，获得峰值应力处的切线模量；根据迟滞回线的峰值应变和切线模量计算得到在该峰值应力的热残余应变；通过复合材料弹性模量、峰值应力处切线模量和热残余应变，获得复合材料的热残余应力和热残余应变。

技术领域

本发明属于纤维增强陶瓷基复合材料力学性能测试技术领域，具体涉及一种通过迟滞回线预测纤维增强陶瓷基复合材料热残余应力和热残余应变的方法。

背景技术

纤维增强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，具有更高的力学性能。目前纤维增强陶瓷基复合材料已经应用于制备航空发动机燃烧室、涡轮导向叶片、涡轮壳环和尾喷管等。

热残余应力和残余应变是影响纤维增强陶瓷基复合材料力学性能的关键参数，纤维增强陶瓷基复合材料由于纤维和基体热膨胀系数不匹配，导致纤维增强陶瓷基复合材料内部存在明显的热残余应力，使得纤陶瓷基基体承受明显的残余拉应力或压应力，影响纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能。现有的测量纤维增强陶瓷基复合材料热残余应力方法(例如X射线法、超声法)的预测精度较低，不能够准确评估纤维增强陶瓷基复合材料热残余应力与应变，从而不能准确评估纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种通过迟滞回线预测纤维增强陶瓷基复合材料热残余应力和热残余应变的方法，本发明提供的预测方法能够准确评估纤维增强陶瓷基复合材料热残余应力和热残余应变应变，从而准确评估纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种通过迟滞回线预测纤维增强陶瓷基复合材料热残余应力和热残余应变的方法，包括如下步骤：

(1)对纤维增强陶瓷基复合材料进行循环加卸载拉伸，得到不同峰值应力的循环加卸载应力-应变迟滞回线；所述循环加卸载拉伸过程中每次循环的加载峰值应力递增，加载过程中纤维增强陶瓷基复合材料的状态包括弹性段和非线性段；

(2)根据弹性段的循环加卸载应力-应变迟滞回线进行计算，得到纤维增强陶瓷基复合材料弹性段弹性模量；

(3)根据加载过程中循环加卸载应力-应变迟滞回线计算得到峰值应力处的切线模量；

(4)根据所述循环加卸载应力-应变迟滞回线中的峰值应变和所述步骤(3)得到的峰值应力处的切线模量计算得到对应峰值应力处的热残余应变；步骤(2)和步骤(4)之间没有时间先后顺序；

(5)根据所述步骤(2)得到的纤维增强陶瓷基复合材料弹性段弹性模量、所述步骤(3)得到的峰值应力处切线模量和步骤(4)得到的峰值应力处的热残余应变，计算得到纤维增强陶瓷基复合材料的热残余应力和热残余应变。

优选的，所述步骤(2)中，弹性段弹性模量由式1所示关系得到：

其中，E_c为弹性段弹性模量，σ_0.005％为循环加卸载应力-应变迟滞回线0.005％对应的应力。

优选的，所述步骤(3)中峰值应力处的切线模量由式2所示关系得到：

其中，E_p为峰值应力处的切线模量，σ_p为峰值应力，σ_rl为重新加载应力，ε_p为峰值应力处的应变，ε_rl为重新加载应力对应的应变。