(19)中华 人民共和国 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 202111465594.X (22)申请日 2021.12.0 3 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210000 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 李龙彪　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 代理人 申素霞 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑纤维碎断的纤维增强陶瓷基复合 材料裂纹张开 位移的预测方法 (57)摘要 本发明提供了一种考虑纤维碎断的纤维增 强陶瓷基复合材料裂纹张开位移的预测方法， 属 于复合材料裂纹张开位移预测技术领域。 本发明 提供的考虑纤维碎断的纤维增强陶瓷基复合材 料裂纹张开位移的预测方法， 首先根据总体载荷 承担准则确定基体裂纹处的完好纤维承担载荷， 然后根据断裂力学界面脱粘准则得到考虑纤维 碎断的界面脱粘长度， 在此基础上 获得基体裂纹 处的纤维轴向应力分布方程和基体轴向应力分 布方程， 并据此获得基体裂纹处的纤维轴向位移 和基体轴向位移， 在此基础上确定基体裂纹的张 开位移。 本发 明提供的方法考虑了纤维碎断因素 对纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移的影 响， 提高了纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位 移预测的准确性。 权利要求书2页 说明书9页 附图1页 CN 114139384 A 2022.03.04 CN 114139384 A 1.一种考虑纤维碎断的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移的预测方法， 其特征在 于， 包括以下步骤： (1)根据总体载荷承担准则确定基 体裂纹处的完好纤维承担载荷； (2)根据断裂力学界面脱粘准则， 利用所述步骤(1)中完好纤维承担载荷， 得到考虑纤 维碎断的界面脱粘长度； (3)根据剪滞模型， 基于所述步骤(1)中完好纤维承担载荷以及步骤(2)中界面脱粘长 度， 得到基体裂纹处的纤维轴向应力 分布方程和基体轴向应力分布方程； 根据纤维和基体 轴向位移模型， 基于所述纤维轴向应力 分布方程以及基体轴向应力 分布方程， 得到基体裂 纹处的纤维轴向位移和基 体轴向位移； (4)根据纤维相对基体滑移机理， 基于所述步骤(1)中完好纤维承担载荷、 所述步骤(2) 中界面脱粘长度以及所述步骤(3)中纤维轴向位移和基体轴向位移， 得到裂纹平面处纤维 和基体轴向相对位移， 以此预测考虑纤维碎断的纤维增强陶瓷基复合材料的裂纹张开位 移。 2.根据权利要求1所述的预测方法， 其特征在于， 所述步骤(1)中完好纤维承担载荷根 据式1和式2得到： 其中， σ 为外部应力， Vf为复合材料中纤维体积含量， Ф为完好纤维承担载荷， τi为界面 剪应力， Rf为纤维半径， q为纤维断裂概率， <L>为拔出纤维长度， σfc为纤维特征强度， mf为纤 维威布尔模量。 3.根据权利要求2所述的预测方法， 其特征在于， 所述步骤(2)中界面脱粘长度如式3所 示： 其中， Ldebonding为界面脱粘长度， Vm为复合材料中基体体积含量， Ef为纤维弹性模量， Em 为基体弹性模量， Ec为复合材 料弹性模量， Γi为界面脱粘能， ρ 为剪滞模型参数。 4.根据权利要求3所述的预测方法， 其特征在于， 所述步骤(3)中纤维轴向应力分布方 程如式4所示： 其中， σf(x)为纤维轴向应力， σfo为界面粘结区纤维轴向应力， Lcracking为基体裂纹间距， x为轴向取值。 5.根据权利要求4所述的预测方法， 其特征在于， 所述步骤(3)中基体轴向应力分布方权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114139384 A 2程如式5所示： 其中， σm(x)为基体轴向应力， σmo为界面粘结区基 体轴向应力。 6.根据权利要求5所述的预测方法， 其特征在于， 所述步骤(3)中纤维轴向位移如式6所 示： 其中， wf(x)为纤维轴向位移。 7.根据权利要求6所述的预测方法， 其特征在于， 所述步骤(3)中基体轴向位移如式7所 示： 其中， wm(x)为基体轴向位移。 8.根据权利要求6或7所述的预测方法， 其特征在于， 所述步骤(4)中纤维增强陶瓷基复 合材料的裂纹张开 位移如式8所示： 其中， COD为复合材 料的裂纹张开 位移， η为界面脱粘比； 所述 η 由式9确定： 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114139384 A 3