4)施加周期性边界条件。计算单胞加-卸载应力-应变时，对图1所示的2.5维编织 复合材料单胞模型施加周期性边界条件：
[0114] ui(ej)=ui(ej+Lj)
[0115]式中:?Η(ε」)为单胞中一点位移，Lj为单胞长度。
[0116] (5)统计单胞平均应力和平均应变。先计算单胞主方向（横向）应变和单胞平均应 力，再计算单元新的弹性模量，并赋给单元，然后计算并提取单胞模型经纱单元材料主方向 (横向）的最大应力值，最后输出单胞平均应力和平均应变，具体流程见图7。
[0117] (6)进入卸载和重新加载阶段，计算该循环数下微观尺度疲劳性能。卸载完成后， 即可得到微观尺度下疲劳迟滞回线。
[0118] (7)基于纤维破坏准则，判断微观尺度下是否失效，若失效，执行步骤(9)，否则执 行步骤(8)。纤维破坏准则是纤维统计破坏准则，BP :
[0119] Pf>q*
[0120] 上式中，Pf为纤维断裂概率，为纤维失效体积分数临界值，
纤维威布尔模量；
[0121] 当材料满足上式时，纤维束发生破坏。
[0122] (8)提取该循环内最大应变;先给定计算载荷步数N，设定当前载荷步Loop = 1，再 提取N次循环下单胞的最大应变，具体步骤见图8。
[0123] (9)基于最大应变失效准则，判定单胞尺度下是否失效，若该循环内最大应变小于 等于拉伸失效应变，循环数Cycle加1，重新执行步骤(6)，否则执行步骤(10)。该准则认为当 材料应变达到某一值时，复合材料发生失效。即：
[0124]
[0125] 当上式成立时，材料发生疲劳失效。为允许的最大应变。
[0126] (10)疲劳失效，输出单胞尺度下材料疲劳迟滞回线，程序终止。图9给出了2.5D-C/ SiC复合材料疲劳迟滞回线理论预测值与试验值对比曲线，其中疲劳应力为157.5MPa，应力 比R为0.1。图10给出了疲劳峰值载荷为180MPa，应力比为0.1时，2.5维编织C/SiC复合材料 疲劳迟滞回线理论预测值与试验值对比曲线。
[0127] 通过对比可见，本发明是一种能够有效预测复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳迟 滞行为。
[0128] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但他们并不是用来限定本发明的，任何熟 习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可做各种变化或润饰，因此本发明的保 护范围应当已本申请的专利保护范围所界定的为准。
【主权项】
1. 一种复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为预测方法，其特征在于:包括如下 步骤： (1) 基于有限元法，建立杂编织结构陶瓷基复合材料的单胞模型； (2) 基于单向迟滞理论，计算微观尺度下单元本构关系并获取拉伸失效应变； (3) 进入初始加载阶段，将其代入单胞模型，进行刚度折减； (4) 对单胞模型施加周期性边界条件； (5) 统计单胞模型平均应力和平均应变； (6) 进入卸载和重新加载阶段，计算该循环数下微观尺度疲劳性能； (7) 基于纤维破坏准则，判断微观尺度下是否失效，若失效，执行步骤(9)，否则执行步 骤(8); (8) 提取该循环内最大应变； (9) 基于最大应变失效准则，判定单胞尺度下是否失效，若该循环内最大应变小于等于 拉伸失效应变，循环数Cycle加1，重新执行步骤(6)，否则执行步骤(10); (10) 疲劳失效，输出单胞尺度下材料疲劳迟滞回线，程序终止。2. 如权利要求1所述的复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为预测方法，其特征 在于:所述步骤(1)中，用ANSYS建模仿真软件建立单胞模型。3. 如权利要求1所述的复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为预测方法，其特征 在于:所述步骤(2)中，当复合材料出现损伤时，假设复合材料应变等于未损伤的纤维应变， 即上式中，ε。表示复合材料应变，Ef表示纤维弹性模量，L表示基体裂纹间距，Of(x)表示纤 维轴向应力，etc表示复合材料热膨胀系数，Qf表示纤维热膨胀系数，ΔΤ表示复合材料制备溫 度与工作溫度之差； 当界面部分脱粘时，卸载/重新加载界面部分滑移时卸载应变为：上述四式中Ee_pu表示界面部分脱粘时的卸载应变，界面部分脱粘时的重新加载应 变，EE_fu表示界面完全脱粘时的卸载应变，表示界面完全脱粘时的重新加载应变，0表示 复合材料轴向应力，Vf表示纤维体积含量，Ti表示界面剪应力，rf表示纤维半径，y表示卸载 界面反向滑移长度，Z表示重新加载新界面滑移长度，Ld表示界面脱粘长度。4. 如权利要求1所述的复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为预测方法，其特征 在于:所述步骤(3)中，设定计算载荷步数N，设定当前载荷步Loop = 1;在单元坐标系下，垂 向和纵向方向弹性模量W及材料剪切模量按照下式进行折减：式中：El'为纤维束在垂向和纵向方向上折减后的弹性模量;斟为纤维束在垂向和纵向 方向上初始弹性模量;G。'为纤维束折减后的剪切模量;巧为纤维束的初始剪切模量，辟为 纤维束在横向方向上的初始弹性模量； 其中，纤维束初始弹性模量和剪切模量都采用刚度平均法得到。5. 如权利要求1所述的复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为预测方法，其特征 在于:所述步骤(4)中，周期性边界条件为： Ui(ej)=ui(ej+k); 式中，Ui(Ej)为单胞中一点位移，L功单胞长度。6. 如权利要求1所述的复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为预测方法，其特征 在于:所述步骤(5)中，先计算单胞横向方向应变和单胞平均应力，再计算单元新的弹性模 量，并赋给单元，然后计算并提取单胞模型经纱单元材料横向方向的最大应力值，最后输出 单胞平均应力和平均应变。7. 如权利要求1所述的复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为预测方法，其特征 在于:所述步骤(6)中，卸载完成后，即得到微观尺度下疲劳迟滞回线。8. 如权利要求1所述的复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为预测方法，其特征 在于:所述步骤(7)中，纤维破坏准则是纤维统计破坏准则，即： Pf〉q*， 上式中，Pf为纤维断裂概率，纤维失效体积分数临界值，其中，mf为纤维 威布尔模量； 当材料满足上式时，纤维束发生破坏。9. 如权利要求1所述的复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为预测方法，其特征 在于:所述步骤(8)中，先给定计算载荷步数N,设定当前载荷步Loop=l，再提取N次循环下 单胞的最大应变； 所述步骤(9)中，基于最大应变失效准则认为当材料应变达到最大值时，复合材料发生 失效，即：S > ;巧中，为允许的最大应变； 当上式成立时，材料发生疲劳失效。10. 如权利要求1所述的复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为预测方法，其特征 在于:所述步骤（10)中，程序停止后即显示复杂编织结构陶瓷基复合材料单胞尺度下的迟 滞回线。
【专利摘要】本发明公开了一种复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为预测方法，先采用微观尺度模型计算该循环下的疲劳应力-应变曲线，得到单元本构关系,再将其带入单胞模型，对不同边界条件下单胞模型进行相应的刚度折减，统计单胞模型平均应力和平均应变，从而得到了该循环数下单胞尺度疲劳迟滞回线。本发明提出的多尺度模型可以给出复杂编织结构的细观应力应变场，因此能够精确的预测出该材料的疲劳迟滞行为。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105701312
【申请号】CN201610097774
【发明人】孙志刚, 陈西辉, 宋迎东, 杨福树
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年2月23日