(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 202210591207.5 (22)申请日 2022.05.27 (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 王月松 (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主裂纹张开位移 预测方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种编织陶瓷基复合材料主 裂纹张开位移预测方法及系统， 所述方法包括： 采用细观力学方法获得编织陶瓷基复合材料在 主开裂模式下纤维和基体的细 观应力场； 基于所 述纤维和基体的细观应力场， 获得纤维和基体轴 向位移； 采用断裂力学方法， 根据所述纤维和基 体轴向位移获得界面脱粘长度； 基于所述界面脱 粘长度获得基体裂纹平面的张开位移。 采用本发 明方法能够准确预测编织陶瓷基复合材料主裂 纹张开位移， 进而提高编织陶瓷基复合材料在使 用阶段的可靠性与安全性。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 114970158 A 2022.08.30 CN 114970158 A 1.一种编织陶瓷基复合材 料主裂纹张开 位移预测方法， 其特 征在于， 包括： 采用细观力学方法获得编织陶瓷基复合材料在主开裂模式下纤维和基体的细观应力 场； 基于所述纤维和基 体的细观应力场， 获得纤维和基 体轴向位移； 采用断裂力学 方法， 根据所述纤维和基 体轴向位移获得界面脱粘长度； 基于所述界面脱粘长度获得基 体裂纹平面的张开 位移。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述采用细观力学方法获得编 织陶瓷基复 合材料在主开裂模式下纤维和基 体的细观应力场， 具体包括： 采用剪滞方法， 根据公式 获得编织陶 瓷基复合材料在主开裂模式下纤维的细观应力场； 其中σf(x)为纤维的细观应力场； η为轴 向纱线与轴向和横向纱线总厚度之比； Vf为纤维体积含量； σ 为外部应力； τi为界面剪应力； rf为纤维半径； x为沿纤维轴向坐标； Ld为界面脱粘长度； σfo为界面粘结区纤维轴向应力； ρ 为轴向纱线剪滞模型参数； Lc为基体裂纹间距； 采用剪滞方法， 根据公式 获 得 编 织陶瓷基复合材料在主开裂模式下基体的细观应力 场； 其中， σm(x)为基体的细观应力场； Vm 为基体体积含量； σt(x)为横向纱线轴向应力； γ为轴向与横向纱线厚度之比； σto为粘结区 横向纱线轴向应力； σmo为粘结区基 体轴向应力。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述基于所述纤维和基体的细观应力场， 获得纤维和基 体轴向位移， 具体包括： 基于所述纤维的细观应力场σf(x)， 根据公式 获得纤维轴 向位移； 其中， ΨAFD(x)为纤维轴向位移； Ef为纤维弹性模量； 基于所述基体的细观应力场σm(x)， 根据公式 获得基体 轴向位移； 其中， ΨAMD(x)为基体轴向位移； Em为基体弹性模量。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述采用断裂力学方法， 根据所述纤维和 基体轴向位移获得界面脱粘长度， 具体包括： 根据所述纤维轴向位移ΨAFD(x)和所述基体轴向位移ΨAMD(x)， 根据公式U(x)＝ΨAFD权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114970158 A 2(x)‑ΨAMD(x)确定纤维相对基 体轴向位移U(x)； 根 据 所 述 纤 维 相 对 基 体 轴 向 位 移 U ( x ) 建 立 断 裂 力 学 界 面 脱 粘 准 则 其中Γi为界面脱粘能， F为基体裂纹平面 纤维承担载荷； 将ΨAFD(x＝0)和U(x)代入所述断裂力学界面脱粘准则， 得到所述界面脱粘长度Ld。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述基于所述界面脱粘长度获得基体裂纹 平面的张开 位移， 具体包括： 基于所述界面脱粘长度Ld， 根据公式 获得基体裂纹平面的张开位移ΨCOD； 其中E1为轴向纱线弹性模量； Ec为复合材料弹性模 量， ρ 为轴向纱线剪滞模型参数； λ为横向纱线剪滞模型参数。 6.一种编织陶瓷基复合材 料主裂纹张开 位移预测系统， 其特 征在于， 包括： 细观应力场计算模块， 用于采用细观力学方法获得编 织陶瓷基复合材料在主开裂模式 下纤维和基 体的细观应力场； 轴向位移计算模块， 用于基于所述纤维和基体的细观应力场， 获得纤维和基体轴向位 移； 界面脱粘长度计算模块， 用于采用断裂力学方法， 根据所述纤维和基体轴向位移获得 界面脱粘长度； 张开位移计算模块， 用于基于所述界面脱粘长度获得基 体裂纹平面的张开 位移。 7.根据权利要求6所述的系统， 其特 征在于， 所述细观应力场计算模块具体包括： 纤维细观应力场计算单 元， 用于采用剪滞方法， 根据公式 获得编织陶 瓷基复合材料在主开裂模式下纤维的细观应力场； 其中σf(x)为纤维的细观应力场； η为轴 向纱线与轴向和横向纱线总厚度之比； Vf为纤维体积含量； σ 为外部应力； τi为界面剪应力； rf为纤维半径； x为沿纤维轴向坐标； Ld为界面脱粘长度； σfo为界面粘结区纤维轴向应力； ρ 为轴向纱线剪滞模型参数； Lc为基体裂纹间距； 基体细观应力场计算单 元， 用于采用剪滞方法， 根据公式权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114970158 A 3