(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211152187.8 (22)申请日 2022.09.21 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市江宁区将军大 道29号 (72)发明人 李龙彪　 (74)专利代理 机构 北京方圆嘉 禾知识产权代理 有限公司 1 1385 专利代理师 程华 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种编织陶瓷基复合材料次裂纹张开位移 预测方法及系统 (57)摘要 本发明公开一种编织陶瓷基复合材料次裂 纹张开位移预测方法及系统， 包括： 根据编织陶 瓷基复合材料的材料参数， 采用细 观力学方法得 到编织陶瓷基复合材料出现次裂纹的细观应力 场； 根据编织陶瓷基复合材料出现次裂纹的细 观 应力场， 采用轴向位移计算方法得到界面脱粘区 范围内的纤维和基体的轴向位移； 根据界面脱粘 区范围内的纤维和基体的轴向位移， 采用断裂力 学方法得到编织陶瓷基复合材料次裂纹的界面 脱粘长度； 根据界面脱粘长度、 界面脱粘区范围 内的纤维和基体的轴向位移， 得到编织陶瓷基复 合材料次裂纹张开位移。 本发明能够提高编织陶 瓷基复合材料次裂纹张开位移预测结果的精度， 确保陶瓷基复合材料结构件高温环境使用可靠 性与安全性， 且成本低。 权利要求书4页 说明书12页 附图3页 CN 115495905 A 2022.12.20 CN 115495905 A 1.一种编织陶瓷基复合材 料次裂纹张开 位移预测方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获取编织陶瓷基复合材料的材料参数； 所述材料参数包括纤维材料参数和基体材料参 数； 根据所述材料参数， 采用细观力学方法得到编 织陶瓷基复合材料出现次裂纹 的细观应 力场； 所述编织陶瓷基复合材料出现次裂纹的细观应力场包括复合材料出现基体开裂、 界 面脱粘损伤后的纤维的轴向细观应力场和复合材料出现基体开裂、 界面脱粘损伤后的基体 的轴向细观应力场； 所述复合材料出现基体开裂、 界面脱粘损伤后的纤维的轴向细观应力 场包括界面脱粘区和界面粘结区的纤维轴向应力 分布； 所述复合材料出现基体开裂、 界面 脱粘损伤后的基 体的轴向细观应力场包括界面脱粘区和界面粘结区的基 体轴向应力分布； 根据所述编 织陶瓷基复合材料出现次裂纹 的细观应力场， 采用轴向位移计算方法得到 界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移和界面脱粘区范围内的基 体的轴向位移； 根据所述界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移和所述界面脱粘区范围内的基体的轴 向位移， 采用断裂力学 方法得到编织陶瓷基复合材 料次裂纹的界面脱粘长度； 根据所述编 织陶瓷基复合材料次裂纹 的界面脱粘长度、 所述界面脱粘区范围内的纤维 的轴向位移和所述界面脱粘区范围内的基体的轴向位移， 得到编织陶瓷基复合材料次裂纹 张开位移。 2.根据权利要求1所述的编 织陶瓷基复合材料次裂纹张开位移预测方法， 其特征在于， 所述根据所述材料参数， 采用细观力学方法得到编织陶瓷基复合材料出现次裂纹的细观应 力场， 具体包括： 根据所述纤维材 料参数， 采用公式 计算复合材料出现基 体开裂、 界面脱粘损伤后的纤维的轴向细观应力 场σf(x)； 式中， Vf为纤维体积含量， σ 为外部 应力， η为轴向纱线与轴向和横向纱线厚度之比， σto为粘结区横向纱线轴向应力， γ为轴向 与横向纱线厚度之比， τi为界面剪应力， rf为纤维半径， x表示纤维轴向坐标， Ld为编织陶瓷 基复合材料次裂纹的界面脱粘长度， σfo为界面粘结区纤维轴向应力， ρ 为剪滞模型参数， Lc 为基体裂纹间距； 根据所述基 体材料参数， 采用公式 计算复合材料出现基体开裂、 界面脱粘损伤后的基体的轴向细观应力场σm(x)； 式中， Vm为基体体积含量， σmo表示基体界 面粘结区应力。 3.根据权利要求2所述的编 织陶瓷基复合材料次裂纹张开位移预测方法， 其特征在于， 所述根据所述编织陶瓷基复合材料出现次裂纹的细观应力场， 采用轴向位移计算方法得到权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115495905 A 2界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移和界面脱粘区范围内的基 体的轴向位移， 具体包括： 根据所述复合材料出现基体开裂、 界面脱粘损伤后的纤维的轴向细观应力场， 采用公 式 计算界面脱粘区范围内的纤维 的轴向位移ΨAFD(x)； 式中， Ef表示纤维 弹性模量， Ec表示复合材 料弹性模量； 根据所述复合材料出现基体开裂、 界面脱粘损伤后的基体的轴向细观应力场， 采用公 式 计算界面脱粘区范围内的基体的轴 向位移ΨAMD(x)； 式中， Em表示基体弹性模量。 4.根据权利要求3所述的编 织陶瓷基复合材料次裂纹张开位移预测方法， 其特征在于， 所述根据所述界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移和所述界面脱粘区范围内的基体的轴 向位移， 采用断裂力学 方法得到编织陶瓷基复合材 料次裂纹的界面脱粘长度， 具体包括： 对所述界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移ΨAFD(x)和所述界面脱粘区范围内的基体 的轴向位移ΨAMD(x)作差， 计算纤维相对基 体位移U(x)； 根据所述纤维相对基体位移U(x)和所述界面脱粘区范围内的纤维的轴向位移ΨAFD (x)， 采用公式 计算编织陶瓷基复合材料次裂纹 的界面脱粘 长度Ld； 式中， Γi为界面脱粘能， F为基体裂纹平面纤维承 担载荷， ΨAFD(x＝0)为 基体裂纹平面纤维轴向位移。 5.根据权利要求4所述的编 织陶瓷基复合材料次裂纹张开位移预测方法， 其特征在于， 所述根据所述编织陶瓷基复合材料次裂纹的界面脱粘长度、 所述界面脱粘区范围内的纤维 的轴向位移和所述界面脱粘区范围内的基体的轴向位移， 得到编织陶瓷基复合材料次裂纹 张开位移， 具体包括： 根据所述编织陶瓷基复合材料次裂纹的界面脱粘长度Ld和所述纤维相对基体位移U (x)， 采用公式 计算 编织陶瓷基复合材 料次裂纹张开 位移ΨCOD； 式中， E1表示沿纤维方向复合材 料的弹性模量。 6.一种编织陶瓷基复合材 料次裂纹张开 位移预测系统， 其特 征在于， 所述系统包括：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115495905 A 3