层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法、设备及产品

本发明涉及电数字数据处理领域，特别是涉及一种层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法、设备及产品。

背景技术：

1、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，减少冷却气流，提高涡轮效率，目前已经应用于航空发动机燃烧室、涡轮导向叶片、涡轮壳环、尾喷管等。由cfm公司研制的leap（前沿航空推进装置leadingedge aviation propulsion）系列发动机，高压涡轮采用了陶瓷基复合材料部件，leap-1b发动机为空客a320和波音737max提供动力。

2、为了保证陶瓷基复合材料在飞机和航空发动机结构中使用的可靠性与安全性，美国联邦航空局将陶瓷基复合材料性能评估、损伤演化、强度与寿命预测工具的开发作为陶瓷基复合材料结构部件适航取证的关键。在疲劳载荷作用下，层合陶瓷基复合材料出现基体多开裂、纤维/基体界面脱粘与滑移等多重损伤机制，使得卸载与重新加载过程中应力应变曲线出现明显的迟滞现象。迟滞回线的形状、位置与面积能够反映层合陶瓷基复合材料内部的损伤演化状况，是监测层合复合材料内部损伤的关键技术手段。

3、目前缺少针对层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的研究，如何考虑基体开裂及界面脱粘因素对层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的影响，监测疲劳载荷对复合材料造成的损伤，是层合陶瓷基复合材料结构实际工程应用需要解决的关键技术问题。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法、设备及产品，在考虑基体开裂及界面脱粘因素的条件下，提高层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测精度，进而为监测疲劳载荷对复合材料造成的损伤提供有效依据。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法，所述方法包括：

4、构建卸载与重新加载纤维轴向应力分布方程，并基于卸载与重新加载纤维轴向应力分布方程得到层合陶瓷基复合材料损伤后的细观应力场；卸载与重新加载纤维轴向应力分布方程包括：卸载时纤维轴向应力分布方程和重新加载时纤维轴向应力分布方程；

5、基于断裂力学界面脱粘准则，建立层合陶瓷基复合材料疲劳载荷界面脱粘与滑移长度方程；层合陶瓷基复合材料疲劳载荷界面脱粘与滑移长度方程包括：卸载界面反向长度方程和重新加载新界面滑移长度方程；

6、基于层合陶瓷基复合材料损伤后的细观应力场，采用层合陶瓷基复合材料疲劳载荷界面脱粘与滑移长度方程得到层合陶瓷基复合材料疲劳载荷界面脱粘和滑移长度；

7、建立层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线应力应变关系方程；

8、基于所述滑移长度和层合陶瓷基复合材料损伤后的细观应力场，采用层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线应力应变关系方程完成层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测。

9、可选地，所述卸载时纤维轴向应力分布方程表示为：

10、；

11、；

12、式中，为0°铺层厚度的一半，为90°铺层厚度的一半，为纤维体积含量，为在处90°铺层轴向应力，为纤维/基体界面剪应力，为基体裂纹间距，为特征体元右处的界面脱粘长度，为特征体元左处的界面脱粘长度，为特征体元右处的卸载界面反向滑移长度，为特征体元左处的卸载界面反向滑移长度，为90°层横向裂纹间距，和均为损伤参数，为纤维半径，、和均为剪滞模型参数，为纤维轴向应力，为90°铺层横向坐标，为界面粘结区纤维轴向应力，为0o铺层横向坐标，为应力。

13、可选地，重新加载时纤维轴向应力分布方程表示为：

14、；

15、；

16、式中，为特征体元右处的重新加载界面新滑移长度，为特征体元左处的重新加载界面新滑移长度。

17、可选地，断裂力学界面脱粘准则表示为：

18、；

19、；

20、式中，为界面脱粘能，为基体裂纹平面处纤维轴向位移，为纤维相对基体轴向位移，为基体裂纹平面纤维承担载荷。

21、可选地，所述卸载界面反向长度方程表示为：

22、；

23、；

24、式中，为基体弹性模量，为0°铺层轴向弹性模量，是90°铺层无损轴向应力，为纤维弹性模量，为基体体积含量。

25、可选地，所述重新加载新界面滑移长度方程表示为：

26、；

27、。

28、可选地，层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线应力应变关系方程表示为：

29、；

30、；

31、式中，为卸载应变，为重新加载应变，为热残余应变。

32、一种计算机设备，包括：存储器、处理器以存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述任一项所述的层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法。

33、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法。

34、一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法。

35、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

36、本发明通过建立卸载与重新加载纤维轴向应力分布方程，得到层合陶瓷基复合材料损伤后的细观应力场。基于断裂力学界面脱粘准则建立层合陶瓷基复合材料疲劳载荷界面脱粘与滑移长度方程，以得到层合陶瓷基复合材料疲劳载荷界面脱粘和滑移长度。在考虑基体开裂及界面脱粘因素的条件下，通过建立层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线应力应变关系方程，更加精确地完成层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测，进而为监测疲劳载荷对复合材料造成的损伤提供有效依据。

技术特征：

1.一种层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法，其特征在于，所述卸载时纤维轴向应力分布方程表示为：

3.根据权利要求2所述的层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法，其特征在于，重新加载时纤维轴向应力分布方程表示为：

4.根据权利要求3所述的层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法，其特征在于，断裂力学界面脱粘准则表示为：

5.根据权利要求4所述的层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法，其特征在于，所述卸载界面反向长度方程表示为：

6.根据权利要求5所述的层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法，其特征在于，所述重新加载新界面滑移长度方程表示为：

7.根据权利要求6所述的层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法，其特征在于，层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线应力应变关系方程表示为：

8.一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-7中任一项所述的层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法。

技术总结本发明公开的层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线预测方法、设备及产品，涉及电数字数据处理领域。本发明通过建立卸载与重新加载纤维轴向应力分布方程，得到层合陶瓷基复合材料损伤后的细观应力场。基于断裂力学界面脱粘准则建立层合陶瓷基复合材料疲劳载荷界面脱粘与滑移长度方程，以得到层合陶瓷基复合材料疲劳载荷界面脱粘和滑移长度。在考虑基体开裂及界面脱粘因素的条件下，通过建立层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线应力应变关系方程，更加精确地完成层合陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测，进而为监测疲劳载荷对复合材料造成的损伤提供有效依据。技术研发人员：李龙彪受保护的技术使用者：南京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20