[发明专利]一种编织陶瓷基复合材料次裂纹张开位移预测方法及系统

权利要求书

1.一种编织陶瓷基复合材料次裂纹张开位移预测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取编织陶瓷基复合材料的材料参数；所述材料参数包括纤维材料参数和基体材料参数；

根据所述材料参数，采用细观力学方法得到编织陶瓷基复合材料出现次裂纹的细观应力场；所述编织陶瓷基复合材料出现次裂纹的细观应力场包括复合材料出现基体开裂、界面脱粘损伤后的纤维的轴向细观应力场和复合材料出现基体开裂、界面脱粘损伤后的基体的轴向细观应力场；所述复合材料出现基体开裂、界面脱粘损伤后的纤维的轴向细观应力场包括界面脱粘区和界面粘结区的纤维轴向应力分布；所述复合材料出现基体开裂、界面脱粘损伤后的基体的轴向细观应力场包括界面脱粘区和界面粘结区的基体轴向应力分布；

根据所述编织陶瓷基复合材料出现次裂纹的细观应力场，采用轴向位移计算方法得到界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移和界面脱粘区范围内的基体的轴向位移；

根据所述界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移和所述界面脱粘区范围内的基体的轴向位移，采用断裂力学方法得到编织陶瓷基复合材料次裂纹的界面脱粘长度；

根据所述编织陶瓷基复合材料次裂纹的界面脱粘长度、所述界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移和所述界面脱粘区范围内的基体的轴向位移，得到编织陶瓷基复合材料次裂纹张开位移。

2.根据权利要求1所述的编织陶瓷基复合材料次裂纹张开位移预测方法，其特征在于，所述根据所述材料参数，采用细观力学方法得到编织陶瓷基复合材料出现次裂纹的细观应力场，具体包括：

根据所述纤维材料参数，采用公式计算复合材料出现基体开裂、界面脱粘损伤后的纤维的轴向细观应力场σ_f(x)；式中，V_f为纤维体积含量，σ为外部应力，η为轴向纱线与轴向和横向纱线厚度之比，σ_to为粘结区横向纱线轴向应力，γ为轴向与横向纱线厚度之比，τ_i为界面剪应力，r_f为纤维半径，x表示纤维轴向坐标，L_d为编织陶瓷基复合材料次裂纹的界面脱粘长度，σ_fo为界面粘结区纤维轴向应力，ρ为剪滞模型参数，L_c为基体裂纹间距；

根据所述基体材料参数，采用公式计算复合材料出现基体开裂、界面脱粘损伤后的基体的轴向细观应力场σ_m(x)；式中，V_m为基体体积含量，σ_mo表示基体界面粘结区应力。

3.根据权利要求2所述的编织陶瓷基复合材料次裂纹张开位移预测方法，其特征在于，所述根据所述编织陶瓷基复合材料出现次裂纹的细观应力场，采用轴向位移计算方法得到界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移和界面脱粘区范围内的基体的轴向位移，具体包括：

根据所述复合材料出现基体开裂、界面脱粘损伤后的纤维的轴向细观应力场，采用公式计算界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移Ψ_AFD(x)；式中，E_f表示纤维弹性模量，E_c表示复合材料弹性模量；

根据所述复合材料出现基体开裂、界面脱粘损伤后的基体的轴向细观应力场，采用公式计算界面脱粘区范围内的基体的轴向位移Ψ_AMD(x)；式中，E_m表示基体弹性模量。

4.根据权利要求3所述的编织陶瓷基复合材料次裂纹张开位移预测方法，其特征在于，所述根据所述界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移和所述界面脱粘区范围内的基体的轴向位移，采用断裂力学方法得到编织陶瓷基复合材料次裂纹的界面脱粘长度，具体包括：

对所述界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移Ψ_AFD(x)和所述界面脱粘区范围内的基体的轴向位移Ψ_AMD(x)作差，计算纤维相对基体位移U(x)；

根据所述纤维相对基体位移U(x)和所述界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移Ψ_AFD(x)，采用公式计算编织陶瓷基复合材料次裂纹的界面脱粘长度L_d；式中，Γ_i为界面脱粘能，F为基体裂纹平面纤维承担载荷，Ψ_AFD(x＝0)为基体裂纹平面纤维轴向位移。