[发明专利]一种纤维增强复合材料亚表面损伤的评价及预测方法

说明书

本发明提供一种纤维增强复合材料亚表面损伤的评价及预测方法，包括：制备亚表面损伤检测试样；通过显微镜观测复合材料亚表面损伤程度，评价标准为最大裂纹深度h₁、最大纤维拔出深度h₂、最大崩碎凹坑深度h₃和宽度l₁；进行多次预设工艺条件下的加工试验，统计不同工艺条件下复合材料的最大裂纹深度h₁、最大纤维拔出深度h₂、最大崩碎凹坑深度h₃和宽度l₁，根据不同损伤参数构建损伤数据库；根据损伤数据库，利用BP神经网络训练，建立不同工艺参数下的纤维增强复合材料亚表面损伤预测模型。本发明可在小批量实验的基础上掌握纤维增强复合材料加工损伤特点，大幅节省实验过程中的材料成本。

技术领域

本发明涉及复合材料加工技术领域，尤其涉及一种纤维增强复合材料亚表面损伤的评价及预测方法。

背景技术

纤维增强陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites，CMC)包括陶瓷基体、增强体和界面层等结构单元，即在陶瓷材料基体中，引入纤维增强体，通过适当弱结合的界面层作用，克服了单相陶瓷基材料敏感度高、可靠性差、韧性差等缺点，实现增强体对陶瓷基体的增韧补强作用。该材料具有密度低、比作用强度高、热机械使用功能好、抗烧蚀能力、隔热能力强等特点，被广泛应用于航空航天热防护构件，实现隔热支撑一体化，从而大大减轻系统重量，提高任务效率。

目前陶瓷基复合材料构件制备多采用近净成形技术，为了满足构件的结构和性能要求，必须需要对毛坯构件进行二次加工以达到合适的尺寸和精度。但纤维增强陶瓷基复合材料加工性较差，且存在明显的各向异性，容易产生较为严重且成因复杂的加工损伤。

为达到控制加工损伤的目的，需建立加工损伤的检测及预测方法。目前已有关于加工损伤的检测及预测，如公开号为CN110286155B的一种多层复合材料的损伤检测方法及系统、公开号为CN112763452A的一种复合材料分层损伤的检测方法及系统等技术，但上述损伤检测方法并未考虑复合材料加工后的损伤评价方法以及不同材料性能要求下的评价标准。

基于上述，有必要研究一种复合材料亚表面损伤评价标准和评估方法。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种纤维增强复合材料亚表面损伤的评价及预测方法，该发明能够有效评价加工后纤维增强复合材料亚表面损伤程度，并预测不同工艺条件下的损伤程度，节约实验成本，为已加工表面质量控制提供技术基础。本发明采用的技术手段如下：

一种纤维增强复合材料亚表面损伤的评价及预测方法，具有如下步骤：

步骤1：制备亚表面损伤检测试样；

步骤2：通过显微镜观测复合材料亚表面损伤程度，评价标准为最大裂纹深度h₁、最大纤维拔出深度h₂、最大崩碎凹坑深度h₃和宽度l₁；

步骤3：进行多次预设工艺条件下的加工试验，统计不同工艺条件下复合材料的最大裂纹深度h₁、最大纤维拔出深度h₂、最大崩碎凹坑深度h₃和宽度l₁，根据不同损伤参数构建损伤数据库；

步骤4：根据损伤数据库，利用BP神经网络训练，建立不同工艺参数下的纤维增强陶瓷基复合材料亚表面损伤预测模型。

进一步地，所述步骤1具体包括如下步骤：

步骤11、切割试样：将加工后试样切割为合适尺寸的亚表面损伤待观测试样；

步骤12、粘贴陪片：切割出与试样同样大小的抛光硅片作为陪片，将试样和陪片放入酒精中超声清洗、烘干，然后将试样的加工表面与陪片的抛光面粘贴在一起；