[发明专利]一种基于渐近损伤模型的陶瓷基复合材料与高温合金沉头螺栓连接结构高温失效强度预测方法

权利要求书

1.一种基于渐近损伤模型的陶瓷基复合材料与高温合金沉头螺栓连接结构高温失效强度预测方法，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：

S100、通过对C/SiC陶瓷基复合材料单轴拉伸和剪切加卸载试验及压缩试验性能测试获得其应力-应变曲线，并在此基础上建立C/SiC陶瓷基复合材料非线性本构模型；

S200、根据陶瓷基复合材料与高温合金沉头螺栓紧固件的几何参数、装配参数和环境温度，采用ABAQUS软件建立陶瓷基复合材料与高温合金沉头螺栓紧固件高温单轴拉伸加载条件下三维有限元分析模型；

S300、基于C/SiC复合材料结构三维有限元模型进行应力分析，并在第k增量步时，开始调取单元积分点的应力σ^k；

S400、应用适用于C/SiC陶瓷基复合材料的Tsai-Wu失效准则预测复合材料的失效状态及失效模式；

S500、判断是否满足失效准则，若是，则材料单元点发生失效，此时，根据退化模型进行材料刚度退化；否则，材料无损伤，此时，材料刚度不变C^k+1＝C^k，更新应力σ^k+1＝σ^k+C^k+1·Δε^k；

S600、判断复合材料结构中的损伤是否导致结构发生破坏，若结构没有发生破坏，则增大力学载荷增量，返回S200；如果结构发生破坏，则结构失去承载能力，停止分析，此时的载荷即为C/SiC陶瓷基复合材料与高温合金沉头螺栓紧固件的高温失效强度。

2.根据权利要求1所述的一种基于渐近损伤模型的陶瓷基复合材料与高温合金沉头螺栓连接结构高温失效强度预测方法，其特征在于，在S100中根据C/SiC复合材料力学性能测试结果建立非线性本构模型的实现过程为：

S110、通过C/SiC复合材料主方向上的单轴拉伸及单轴剪切加卸试验获得其试验应力应变曲线；

S120、采用高阶多项式对陶瓷基复合材料单轴拉伸及单轴剪切加卸应力应变试验数据进行多项式拟合，然后对拟合结果进行求导：

式中：为陶瓷基复合材料主方向上拉伸加载过程中的弹性模量；为材料主方向上拉伸后卸载、或重加载至卸载点前过程中材料的弹性模量；为材料主方向上拉伸加载过程中1-2平面内的剪切模量；为材料主方向上拉伸后卸载过程中材料1-2平面内的剪切模量；为材料主方向上拉伸加载过程中的最大拉伸应变；为材料主方向上拉伸载荷至断裂时的应变值；为材料主方向上拉伸加卸载过程中1-2平面内的最大剪切应变；为材料面内剪切断裂应变，A_i，B_i(i＝1,2....,7)为逻辑函数的形状参数；p_i,x_i(i＝1,2)为逻辑函数的形状参数；

S130、由拟合曲线确定陶瓷基复合材料非线性模型的基本工程弹性参数值，即：

式中，为材料主方向上压缩载荷至断裂时的应变值；为材料为材料主方向上拉伸加卸载过程中的裂纹闭合点应力，最终确定C/SiC陶瓷基复合材料非线性本构模型。