【技术实现步骤摘要】
本申请涉及复合材料裂纹张开位移预测，特别是涉及一种纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法及系统。
技术介绍
1、纤维增强陶瓷基复合材料被广泛应用于航空、航天和能源等领域，其服役环境极其恶劣，包含复杂应力状态、高温、化学腐蚀等，随着环境温度的升高，使用载荷的增加，氧化环境的作用，导致模量与强度随时间逐渐衰退，抵抗变形的能力变差。热-力-氧的耦合作用是指在温度、应力和氧化三种因素的综合作用，在热-力-氧的耦合作用下，基体裂纹张开使得氧化性气体进入纤维增强陶瓷基复合材料的内部，并氧化界面相及纤维等，从而导致纤维增强陶瓷基复合材料的内部损伤加剧。为了确保纤维增强陶瓷基复合材料使用过程中的可靠性与安全性，需要建立热-力-氧耦合作用下的纤维增强陶瓷基复合材料基体裂纹张开位移模型，以便于预测裂纹张开位移随时间的演化关系。
2、然而，目前针对纤维增强陶瓷基复合材料在热-力-氧耦合作用下的基体裂纹张开位移的研究较少，且都无法准确地预测出纤维增强陶瓷基复合材料在热-力-氧耦合作用下的基体裂纹张开位移。因此，如何考虑温度、载荷和氧化等多因素的耦合影响，精准地预测出纤维增强陶瓷基复合材料在热-力-氧耦合作用下的基体裂纹张开位移情况，是保证纤维增强陶瓷基复合材料实际工程应用的一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法及系统，可以综合考虑温度、载荷和氧化多种因素的耦合影响，精准地预测出纤维增强陶瓷基复合材料在热-力-氧耦合作用下
2、为实现上述目的，本申请提供了如下方案。
3、第一方面，本申请提供了一种纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，所述纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法包括以下步骤。
4、获取纤维增强陶瓷基复合材料的基础数据；所述基础数据包括试验温度、纤维半径、纤维弹性模量、基体弹性模量和纤维与基体的体积百分比。
5、根据所述基础数据，建立所述纤维增强陶瓷基复合材料的界面相氧化模型；所述界面相氧化模型是指基于热-力-氧耦合作用机制，所述纤维增强陶瓷基复合材料的温度和时间依赖的界面相发生氧化的模型。
6、根据所述界面相氧化模型，建立所述纤维增强陶瓷基复合材料的单胞模型，并根据所述单胞模型确定温度和时间依赖的纤维与基体细观应力场。
7、根据所述纤维与基体细观应力场和基体随机开裂模型，计算温度、应力和时间依赖的基体裂纹长度；所述基体随机开裂模型是指基体内部缺陷使所述纤维增强陶瓷基复合材料在载荷作用下的开裂位置出现随机性的模型。
8、根据所述温度、应力和时间依赖的基体裂纹长度和所述纤维与基体细观应力场，计算基体裂纹平面处的温度、应力和时间依赖的纤维轴向位移和基体轴向位移。
9、根据所述基体裂纹平面处的温度、应力和时间依赖的纤维轴向位移和基体轴向位移，采用断裂力学界面脱粘准则，计算温度、应力和时间依赖的界面脱粘长度。
10、根据所述温度、应力和时间依赖的界面脱粘长度，计算得到基体裂纹张开位移。
11、第二方面，本申请提供了一种纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测系统，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现第一方面所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法。
12、根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：
13、本申请提供了一种纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法及系统，通过综合考虑温度、载荷和氧化多种因素的耦合影响，基于热-力-氧耦合作用机制，首先根据纤维增强陶瓷基复合材料的基础数据，建立界面相氧化模型；然后根据界面相氧化模型，建立纤维增强陶瓷基复合材料的单胞模型，得到纤维与基体细观应力场；再根据纤维与基体细观应力场和基体随机开裂模型，计算温度、应力和时间依赖的基体裂纹长度；然后根据温度、应力和时间依赖的基体裂纹长度和纤维与基体细观应力场，计算温度、应力和时间依赖的纤维轴向位移和基体轴向位移，从而进一步计算得到基体裂纹平面处的温度、应力和时间依赖的纤维轴向位移和基体轴向位移；然后根据基体裂纹平面处的温度、应力和时间依赖的纤维轴向位移和基体轴向位移，采用断裂力学界面脱粘准则，计算温度、应力和时间依赖的界面脱粘长度；最后根据温度、应力和时间依赖的界面脱粘长度，计算得到基体裂纹张开位移，从而可以精准预测计算出纤维增强陶瓷基复合材料在热-力-氧耦合作用下的基体裂纹张开位移情况。
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1.一种纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，其特征在于，所述纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法包括：
2.根据权利要求1所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，其特征在于，所述界面相氧化模型的表达式为：
3.根据权利要求1所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，其特征在于，所述纤维与基体细观应力场的表达式为：
4.根据权利要求1所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，其特征在于，采用下式计算所述温度、应力和时间依赖的基体裂纹长度：
5.根据权利要求1所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，其特征在于，根据所述温度、应力和时间依赖的基体裂纹长度和所述纤维与基体细观应力场，计算基体裂纹平面处的温度、应力和时间依赖的纤维轴向位移和基体轴向位移，具体包括：
6.根据权利要求5所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，其特征在于，采用下式计算所述温度、应力和时间依赖的纤维轴向位移和基体轴向位移：
7.根据权利要求5所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预
8.根据权利要求1所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，其特征在于，采用下式计算所述温度、应力和时间依赖的界面脱粘长度：
9.根据权利要求1所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，其特征在于，采用下式计算所述基体裂纹张开位移：
10.一种纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测系统，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-9中任一项所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法。
...【技术特征摘要】
1.一种纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，其特征在于，所述纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法包括：
2.根据权利要求1所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，其特征在于，所述界面相氧化模型的表达式为：
3.根据权利要求1所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，其特征在于，所述纤维与基体细观应力场的表达式为：
4.根据权利要求1所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，其特征在于，采用下式计算所述温度、应力和时间依赖的基体裂纹长度：
5.根据权利要求1所述的纤维增强陶瓷基复合材料裂纹张开位移预测方法，其特征在于，根据所述温度、应力和时间依赖的基体裂纹长度和所述纤维与基体细观应力场，计算基体裂纹平面处的温度、应力和时间依赖的纤维轴向位移和基体轴向位移，具体包括：
6.根据权利要求5所述的纤维增强陶瓷基复...
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