本申請涉及復(fù)合材料，尤其涉及一種陶瓷基復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度預(yù)測方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是在航空航天領(lǐng)域，對材料性能的要求日益提高。陶瓷基復(fù)合材料(ceramic?matrix?composites，簡稱cmcs)因其優(yōu)異的耐高溫、高強(qiáng)度和輕質(zhì)等特性，成為先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件極具潛力的候選材料。在極端的工作環(huán)境下，這些材料往往會(huì)承受復(fù)雜多變的載荷條件，其中變幅循環(huán)載荷尤為常見。然而，變幅疲勞性能作為衡量材料在復(fù)雜載荷下長期工作可靠性的重要指標(biāo)，卻一直是制約cmcs廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

2、在現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于剩余強(qiáng)度的預(yù)測方法主要集中在等幅疲勞條件下。這些方法通過對材料在恒定載荷下的疲勞損傷累積和剩余強(qiáng)度變化進(jìn)行預(yù)測，為材料的壽命評估和可靠性設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。然而，由于變幅循環(huán)載荷條件下材料的疲勞損傷機(jī)制更為復(fù)雜，載荷順序?qū)κＳ鄰?qiáng)度的影響顯著，現(xiàn)有的等幅疲勞模型無法在變幅場景下準(zhǔn)確預(yù)測陶瓷基復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度，難以實(shí)時(shí)表征材料在疲勞載荷下的損傷狀態(tài)，無法有效指導(dǎo)材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N陶瓷基復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度預(yù)測方法和裝置，用以準(zhǔn)確的預(yù)測陶瓷基復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度。

2、具體地，本申請是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本申請第一方面提供一種陶瓷基復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度預(yù)測方法，所述方法用于在變幅循環(huán)載荷下預(yù)測陶瓷基復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度，所述方法包括：

4、從預(yù)先確定好的各個(gè)載級對應(yīng)的遲滯模量退化模型中查找當(dāng)前載級對應(yīng)的目標(biāo)遲滯模量退化模型；

5、根據(jù)當(dāng)前循環(huán)次數(shù)和所述目標(biāo)遲滯模量退化模型，計(jì)算當(dāng)前遲滯模量；

6、根據(jù)當(dāng)前載級的峰值載荷值、當(dāng)前載級對應(yīng)的預(yù)設(shè)失效應(yīng)力和預(yù)先確定的靜強(qiáng)度分布函數(shù)，確定當(dāng)前載級對應(yīng)的失效概率；

7、根據(jù)所述失效概率、所述峰值載荷值和預(yù)先確定的疲勞壽命和峰值載荷值的相關(guān)關(guān)系，計(jì)算當(dāng)前載級的疲勞壽命；

8、根據(jù)所述當(dāng)前遲滯模量、所述陶瓷基復(fù)合材料的初始體積分?jǐn)?shù)、所述陶瓷基復(fù)合材料的初始遲滯模量、所述當(dāng)前疲勞壽命和所述當(dāng)前循環(huán)次數(shù)，確定疲勞退化因子；其中，所述疲勞退化因子從退化趨勢、加載過程中的非線性特征和階段性特征反映材料疲勞性能的變化規(guī)律；

9、根據(jù)當(dāng)前載級的峰值載荷值、上一次循環(huán)次數(shù)下的剩余強(qiáng)度和所述疲勞退化因子，計(jì)算強(qiáng)度衰減值；

10、根據(jù)所述當(dāng)前載級的峰值載荷值和所述強(qiáng)度衰減值，計(jì)算所述陶瓷基復(fù)合材料在當(dāng)前循環(huán)次數(shù)下的剩余強(qiáng)度。

11、本申請第二方面提供一種陶瓷基復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度預(yù)測裝置，所述裝置包括查找模塊、計(jì)算模塊、確定模塊和處理模塊；其中：

12、所述查找模塊，用于從預(yù)先確定好的各個(gè)載級對應(yīng)的遲滯模量退化模型中查找當(dāng)前載級對應(yīng)的目標(biāo)遲滯模量退化模型；

13、所述計(jì)算模塊，用于根據(jù)當(dāng)前循環(huán)次數(shù)和所述目標(biāo)遲滯模量退化模型，計(jì)算當(dāng)前遲滯模量；

14、所述確定模塊，用于根據(jù)當(dāng)前載級的峰值載荷值、當(dāng)前載級對應(yīng)的預(yù)設(shè)失效應(yīng)力和預(yù)先確定的靜強(qiáng)度分布函數(shù)，確定當(dāng)前載級對應(yīng)的失效概率；

15、所述計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述失效概率、所述峰值載荷值和預(yù)先確定的疲勞壽命和峰值載荷值的相關(guān)關(guān)系，計(jì)算當(dāng)前載級的疲勞壽命；

16、所述處理模塊，用于根據(jù)所述當(dāng)前遲滯模量、所述陶瓷基復(fù)合材料的初始體積分?jǐn)?shù)、所述陶瓷基復(fù)合材料的初始遲滯模量、所述當(dāng)前疲勞壽命和所述當(dāng)前循環(huán)次數(shù)，確定疲勞退化因子；其中，所述疲勞退化因子從退化趨勢、加載過程中的非線性特征和階段性特征反映材料疲勞性能的變化規(guī)律；

17、所述計(jì)算模塊，還用于根據(jù)當(dāng)前載級的峰值載荷值、上一次循環(huán)次數(shù)下的剩余強(qiáng)度和所述疲勞退化因子，計(jì)算強(qiáng)度衰減值；

18、所述計(jì)算模塊，還用于根據(jù)所述當(dāng)前載級的峰值載荷值和所述強(qiáng)度衰減值，計(jì)算所述陶瓷基復(fù)合材料在當(dāng)前循環(huán)次數(shù)下的剩余強(qiáng)度。

19、本申請?zhí)峁┑奶沾苫鶑?fù)合材料的剩余強(qiáng)度預(yù)測方法和裝置，通過從預(yù)先確定好的各個(gè)載級對應(yīng)的遲滯模量退化模型中查找當(dāng)前載級對應(yīng)的目標(biāo)遲滯模量退化模型，然后根據(jù)當(dāng)前循環(huán)次數(shù)和目標(biāo)遲滯模量退化模型，計(jì)算當(dāng)前遲滯模量，進(jìn)而根據(jù)當(dāng)前載級的峰值載荷值、當(dāng)前載級對應(yīng)的預(yù)設(shè)失效應(yīng)力和預(yù)先確定的靜強(qiáng)度分布函數(shù)，確定當(dāng)前載級對應(yīng)的失效概率，然后根據(jù)失效概率、峰值載荷值和預(yù)先確定的疲勞壽命和峰值載荷值的相關(guān)關(guān)系，計(jì)算當(dāng)前載級的疲勞壽命，進(jìn)而根據(jù)當(dāng)前遲滯模量、陶瓷基復(fù)合材料的初始體積分?jǐn)?shù)、陶瓷基復(fù)合材料的初始遲滯模量、當(dāng)前疲勞壽命和當(dāng)前循環(huán)次數(shù)，確定疲勞退化因子，從而根據(jù)當(dāng)前載級的峰值載荷值、上一次循環(huán)次數(shù)下的剩余強(qiáng)度和遲滯模量退化指數(shù)，計(jì)算強(qiáng)度衰減值，并根據(jù)當(dāng)前載級的峰值載荷值和強(qiáng)度衰減值，計(jì)算陶瓷基復(fù)合材料在當(dāng)前循環(huán)次數(shù)下的剩余強(qiáng)度，其通過查找預(yù)先目標(biāo)遲滯模量退化模型，進(jìn)而基于此來計(jì)算當(dāng)前遲滯模量，可以準(zhǔn)確的計(jì)算出當(dāng)前遲滯模量，此外，在計(jì)算當(dāng)前載級的疲勞壽命時(shí)，通過引入失效概率，使得疲勞壽命的計(jì)算能夠反映實(shí)際工況中載荷水平的差異對壽命的影響，可以準(zhǔn)確的計(jì)算出疲勞壽命，進(jìn)一步的，在上述基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前遲滯模量、初始體積分?jǐn)?shù)、初始遲滯模量、疲勞壽命和當(dāng)前循環(huán)次數(shù)，計(jì)算疲勞退化因子，通過疲勞退化因子量化不同循環(huán)階段的材料強(qiáng)度退化，進(jìn)而基于疲勞退化因子來預(yù)測剩余強(qiáng)度，這樣，通過上述各個(gè)步驟的協(xié)同配合，將材料在多載級疲勞下的復(fù)雜退化行為進(jìn)行分解、建模和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了對變幅載荷條件下剩余強(qiáng)度的準(zhǔn)確預(yù)測。

技術(shù)特征：

1.一種陶瓷基復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度預(yù)測方法，其特征在于，所述方法用于在變幅循環(huán)載荷下預(yù)測陶瓷基復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述當(dāng)前遲滯模量、所述陶瓷基復(fù)合材料的初始體積分?jǐn)?shù)、所述陶瓷基復(fù)合材料的初始遲滯模量、所述當(dāng)前疲勞壽命和所述當(dāng)前循環(huán)次數(shù)，確定疲勞退化因子，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述當(dāng)前遲滯模量、所述初始遲滯模量、所述當(dāng)前基體體積分?jǐn)?shù)、所述初始纖維體積分?jǐn)?shù)、以及預(yù)設(shè)的遲滯模量退化相關(guān)的指數(shù)系數(shù)，計(jì)算當(dāng)前遲滯模量退化指數(shù)，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述當(dāng)前循環(huán)次數(shù)和所述當(dāng)前疲勞壽命確定當(dāng)前循環(huán)加載影響項(xiàng)，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述失效概率、所述峰值載荷值和預(yù)先確定的疲勞壽命和峰值載荷值的相關(guān)關(guān)系，計(jì)算當(dāng)前載級的疲勞壽命，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)當(dāng)前循環(huán)次數(shù)和所述目標(biāo)遲滯模量退化模型，計(jì)算當(dāng)前遲滯模量，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先確定的疲勞壽命和峰值載荷值的相關(guān)關(guān)系的確定過程，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先確定的各個(gè)載級對應(yīng)的遲滯模量退化模型的確定過程，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先確定的靜強(qiáng)度分布函數(shù)的確定過程，包括：

10.一種陶瓷基復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度預(yù)測裝置，其特征在于，所述裝置用于在變幅循環(huán)載荷下預(yù)測陶瓷基復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度，所述裝置包括查找模塊、計(jì)算模塊、確定模塊和處理模塊；其中，

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N陶瓷基復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度預(yù)測方法和裝置。本申請?zhí)峁┑奶沾苫鶑?fù)合材料的剩余強(qiáng)度預(yù)測方法，包括：根據(jù)當(dāng)前循環(huán)次數(shù)和目標(biāo)遲滯模量退化模型，計(jì)算當(dāng)前遲滯模量；根據(jù)峰值載荷值、預(yù)設(shè)失效應(yīng)力和預(yù)先確定的靜強(qiáng)度分布函數(shù)，確定失效概率；根據(jù)失效概率、峰值載荷值，計(jì)算當(dāng)前載級的疲勞壽命；根據(jù)當(dāng)前遲滯模量、初始體積分?jǐn)?shù)、初始遲滯模量、當(dāng)前疲勞壽命和當(dāng)前循環(huán)次數(shù)，確定疲勞退化因子；根據(jù)峰值載荷值、上一次循環(huán)次數(shù)下的剩余強(qiáng)度和疲勞退化因子，計(jì)算強(qiáng)度衰減值；根據(jù)峰值載荷值和強(qiáng)度衰減值，計(jì)算剩余強(qiáng)度。本申請?zhí)峁┑奶沾苫鶑?fù)合材料的剩余強(qiáng)度預(yù)測方法和裝置，可以準(zhǔn)確的預(yù)測陶瓷基復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度。

技術(shù)研發(fā)人員：賈蘊(yùn)發(fā),周禹男,王晨陽,杜翔宇,姚葉明,宋迎東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國航空工業(yè)集團(tuán)公司金城南京機(jī)電液壓工程研究中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28