1.考虑缺陷影响的陶瓷基纤维束复合材料弹性模量计算方法,其特征是:包括以下步骤:
步骤1:建立无缺陷陶瓷基纤维束复合材料的弹性模量计算模型,得到无缺陷陶瓷基纤维束复合材料的弹性模量;
步骤2:建立包含孔隙缺陷的陶瓷基纤维束复合材料的数值模型,首先计算孔隙率vp、孔隙类型以及基体体积净含量vm对无孔隙缺陷陶瓷基纤维束复合材料弹性模量影响,然后建立无孔隙缺陷陶瓷基纤维束复合材料弹性模量与含孔隙缺陷陶瓷基纤维束复合材料弹性模量之间的关系;
步骤3:在步骤2含孔隙缺陷数值模型的外层基体部分加入一层刚度较小的单元,计算外层基体结合不紧密缺陷对含孔隙缺陷陶瓷基纤维束复合材料弹性模量的影响,在此基础上建立考虑外层基体结合紧密性和孔隙的陶瓷基纤维束复合材料弹性模量计算模型;
步骤4:由于实际陶瓷基纤维束复合材料中孔隙缺陷种类、含量和分布存在差异,该差异对材料的弹性模量产生影响,故在步骤3基础上建立含有不紧密缺陷以及多种孔隙缺陷的多重缺陷陶瓷基纤维束复合材料的弹性模量与无缺陷陶瓷基纤维束复合材料弹性模量的关系;
步骤5:通过检测确定陶瓷基纤维束复合材料中孔隙的类型及其含量;
步骤6:基于步骤5的检测数据计算不同类型孔隙的孔隙率;
步骤7:将步骤6所得孔隙率数据带入步骤4建立的模型中求得陶瓷基纤维束复合材料的弹性模量。
2.根据权利要求1所述的考虑缺陷影响的陶瓷基纤维束复合材料弹性模量计算方法,其特征是:步骤1中,无缺陷陶瓷基纤维束复合材料的弹性模量的计算具体如下:
使用多项式形式的植村益次模型对无缺陷陶瓷基纤维束复合材料的拉伸弹性模量e22-t进行计算,具体如下:
其中,ef-2t表示纤维弹性模量,epyc-2t表示界面层弹性模量,em-t表示基体弹性模量,c表示接触系数,a3、a2、a1和a0表示多项式拟合系数,vm表示基体体积净含量,vf表示纤维体积净含量,vpyc表示界面层体积净含量。
3.根据权利要求2所述的考虑缺陷影响的陶瓷基纤维束复合材料弹性模量计算方法,其特征是:步骤2中,无孔隙缺陷陶瓷基纤维束复合材料弹性模量e22-t与含孔隙缺陷陶瓷基纤维束复合材料弹性模量e22-t-p之间的关系如下:
ped=kpedvp
e22-t-p=(1-ped)e22-t
其中,ped表示弹性模量下降百分比,e22-t-p表示仅考虑孔隙缺陷时的弹性模量,kped表示孔隙作用系数,βp表示基体体积净含量影响因子,λp表示组分几何结构影响因子,αp表示孔隙类型影响因子。
4.根据权利要求3所述的考虑缺陷影响的陶瓷基纤维束复合材料弹性模量计算方法,其特征是:步骤3中,考虑外层基体结合紧密性和孔隙的陶瓷基纤维束复合材料弹性模量计算模型如下:
ged=kgedvp+κg
e22-t-pg=(1-ged)e22-t-p
其中,ged表示外层基体结合不紧密导致的含孔隙缺陷陶瓷基纤维束复合材料弹性模量下降百分比,kged表示孔隙率作用系数,κg表示无孔隙时外层基体结合不紧密和基体体积净含量变化造成的弹性模量下降百分比,βg和ξg表示基体体积净含量影响因子,αg表示孔隙类型影响因子,由孔隙类型确定,λg表示组分几何结构影响因子。
5.根据权利要求4所述的考虑缺陷影响的陶瓷基纤维束复合材料弹性模量计算方法,其特征是:步骤4中,含有不紧密缺陷以及多种孔隙缺陷的多重缺陷陶瓷基纤维束复合材料的弹性模量与无缺陷陶瓷基纤维束复合材料弹性模量的关系如下:
为简化计算过程,模型中不考虑不同类型孔隙之间的耦合作用,认为孔隙间的相互作用为线性叠加关系,
其中,i表示孔隙类型;
6.根据权利要求5所述的考虑缺陷影响的陶瓷基纤维束复合材料弹性模量计算方法,其特征是:步骤5中,通过检测确定陶瓷基纤维束复合材料中孔隙的类型及其含量的具体方法为:
5.1用扫描电子显微镜拍摄陶瓷基纤维束复合材料横截面照片并统计视野内的纤维数量nf;
5.2对视野内的孔隙进行统计与分类,得到不同孔隙类型的像素面积ap-i;
5.3由扫描电子显微镜拍摄时所用比例尺计算5.2步孔隙的实际面积;
5.4根据陶瓷基纤维束复合材料所含纤维数量k与视野内纤维数量nf的关系求出陶瓷基纤维束复合材料中i型孔隙的面积,
其中,ap-i表示i型孔隙的像素面积,rp表示扫面电子显微镜拍摄比例尺,k表示材料所含纤维数量,nf表示视野内的纤维数量。
7.根据权利要求6所述的考虑缺陷影响的陶瓷基纤维束复合材料弹性模量计算方法,其特征是:步骤6中,基于步骤5的检测数据计算不同类型孔隙的孔隙率vp-i的方法具体如下:
其中,af表示陶瓷基纤维束复合材料中纤维的面积,am表示陶瓷基纤维束复合材料中基体的面积,ai表示陶瓷基纤维束复合材料中界面的面积,a'p-i为陶瓷基纤维束复合材料中i型孔隙的面积。