【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机叶片氧化，更具体地，涉及一种sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法。
技术介绍
1、sic/sic复合材料在高温下仍能保持优异的力学性能。广泛应用与航空发动机热端部件，尤其是发动机叶片。在实际的服役环境中，该材料的发动机叶片受到高温气流的冲击作用、旋转时的离心力，以及燃气介质下的氧化作用，对其实际的服役性能造成严重影响，大大减少了叶片的使用寿命。
2、在预测材料的氧化寿命的过程中，现有技术在计算气体扩散时仅考虑在裂纹通道内的混合扩散而忽略了因扩散通道填补下扩散方式的转变，没有明确氧气中孔隙通道的形状并建立孔隙氧化的反应动力学方程，考虑的失效判据过于简单而导致寿命预测不够准确，且未考虑流场对温度场、力场及化学场带来的影响，因此无法应用到涡轮叶片的结构上，对于实际服役结构件的寿命预测的准确度低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法，用于解决现有技术对于实际服役结构件的寿命预测的准确度低，且无法适应涡轮叶片结构的氧化寿命预测的技术问题。有鉴于此，本专利技术通过以下方案予以实现。
2、本专利技术提供了一种sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法，包括：
3、建立sic/sic复合材料的叶片模型；
4、确定所述叶片模型的通道类型，并建立每种通道内气体的扩散系数模型；
5、根据所述扩散系数模型确定通道内单胞的气体扩散系数模型，并确定任一时刻下通道内氧气
6、根据通道的氧化过程建立通道内不同方向的氧化模型，设置通道参数阈值，根据所述氧化模型和所述参数阈值完成通道的氧化计算，并获取氧化后基体和纤维的弹性模量；
7、根据氧化后基体和纤维的弹性模量计算纤维束复合材料的弹性模量矩阵；
8、根据所述纤维束复合材料的弹性模量获取单胞的弹性模量矩阵，根据单胞的受力情况得到单元的受力情况，根据所述弹性模量矩阵和失效准则判断单元中不同方向拉伸或压缩时纤维和基体的退化，当失效单元累加导致叶片任一部分区域整体时效时，此时对应的时间为叶片的氧化寿命。
9、与现有技术相比，本专利技术的sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法，用于预测sic/sic复合材料叶片的氧化寿命，本技术方案通过建立每种通道内气体的扩散系数模型，进而在确定任一时刻下通道内氧气浓度分布的过程中充分考虑了因通道不断愈合过程中导致的多种扩散方式的改变，比仅考虑单一扩散方式得到的氧气浓度分布更为准确，也可以说，在下述氧化计算后得到的氧化产物分布更为准确。进一步地，在建立通道内气体的扩散系数模型的过程中还考虑到了不同类型的通道对叶片的影响，在通道的氧化计算过程中考虑到了通道内不同方向的氧化模型，得到了氧化后基体和纤维的弹性模量。计算细观下纤维束复合材料的弹性模量矩阵，通过单胞的建模和计算得到单胞的弹性模量矩阵和宏观单元的受力情况，根据弹性模量矩阵和失效准则判断不同方向拉伸或压缩时宏观单元中纤维和基体的退化的过程中，可使用更为准确的失效判据，进而准确预测得到叶片的氧化寿命。示例地，该失效判据可以为3d hasin失效准则。通过本专利技术的上述技术方案，解决了现有技术对于实际服役结构件的寿命预测的准确度低，且无法适应涡轮叶片结构的氧化寿命预测的技术问题。
10、进一步地，本专利技术的sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法中，根据所述纤维束复合材料的弹性模量获取单胞的弹性模量矩阵，根据单胞的受力情况得到单元的受力情况，根据所述弹性模量矩阵和失效准则判断单元中不同方向拉伸或压缩时纤维和基体的退化，包括：
11、根据获得的单元受力情况利用失效准则判断不同方向拉伸或压缩时单元中纤维和基体的退化，将失效的单元进行标记，判断宏观构件的失效，若宏观构件未发生失效则将退化后的参数作为新的材料属性重新进行循环计算。
12、进一步地，本专利技术的sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法中，所述通道类型包括裂纹通道和孔隙通道；和/或，
13、每种通道内气体的扩散系数模型包括混合型扩散系数模型、knudsen型扩散系数模型和费克型扩散系数模型。
14、进一步地，本专利技术的sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法中，所述裂纹通道在不断愈合的过程中裂纹通道的扩散系数模型由混合型扩散系数模型转化为knudsen型扩散系数模型；和/或，
15、所述裂纹通道的混合型扩散系数模型通过下式确定：
16、；
17、其中，为裂纹通道的混合型扩散系数，rg为气体常数，t为温度，为应力值，m和b0为weibull模量和weibull基体开裂特征强度，为平均饱和裂纹间距，为分子扩散体积，e为裂纹宽度，e0为常温下不受任何力作用时的裂纹宽度，为纤维弹性模量，vm为基体体积分数，、分别为基体、纤维的热膨胀系数，为环境温度与裂纹愈合温度的差值，p为气体压力，m为两种扩散气体的混合摩尔质量，为平均摩尔质量，为圆周率，为裂纹的愈合温度，为物质的摩尔质量，为co或co2。
18、进一步地，本专利技术的sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法中，所述裂纹通道的knudsen型扩散系数模型通过下式确定：
19、；
20、其中，裂纹通道的knudsen型扩散系数，为裂纹的密度，为裂纹的愈合温度，为圆周率，为氧气的摩尔质量，e0为常温下不受任何力作用时的裂纹宽度，为纤维弹性模量，vm为基体体积分数，、分别为基体、纤维的热膨胀系数，为应力值，m和b0为weibull模量和weibull基体开裂特征强度，为环境温度与裂纹愈合温度的差值，rg为气体常数，t为温度。
21、进一步地，本专利技术的sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法中，所述孔隙通道在不断愈合的过程中扩散系数模型由费克型扩散系数模型转化为混合型扩散系数模型，再转化为knudsen型扩散系数模型；和/或，
22、所述孔隙通道的费克型扩散系数模型通过下式确定：
23、；
24、其中，为孔隙通道的费克型扩散系数，为温度，p为气体压力，为分子扩散体积，为氧气的摩尔质量，为co或co2，为物质的摩尔质量。
25、进一步地，本专利技术的sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法中，所述孔隙通道的knudsen型扩散系数模型通过下式确定：
26、；
27、其中，为孔隙通道的knudsen型扩散系数，为圆周率，为气体常数，为温度，为氧气的摩尔质量；
28、和/或，
29、所述孔隙通道的混合型扩散系数模型通过下式确定：
30、；
31、其中，为孔隙通道的混合型扩散系数，为孔隙通道的费克型扩散系数，为孔隙通道的knudsen型扩散系数；
32、和/或，
33、所述单胞的气体扩散系数模型通过下式确定：
34、；
35、其中，为单胞的气体扩散系数，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种SiC/SiC复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的SiC/SiC复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，根据所述纤维束复合材料的弹性模量获取单胞的弹性模量矩阵，根据单胞的受力情况得到单元的受力情况，根据所述弹性模量矩阵和失效准则判断单元中不同方向拉伸或压缩时纤维和基体的退化，包括：
3.根据权利要求2所述的SiC/SiC复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，所述通道类型包括裂纹通道和孔隙通道；和/或，
4.根据权利要求3所述的SiC/SiC复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，所述裂纹通道在不断愈合的过程中裂纹通道的扩散系数模型由混合型扩散系数模型转化为Knudsen型扩散系数模型；和/或，
5.根据权利要求4所述的SiC/SiC复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，所述裂纹通道的Knudsen型扩散系数模型通过下式确定：
6.根据权利要求5所述的SiC/SiC复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，所述孔隙通道在不断愈合的过程中扩散系数模型由费克型扩散系数模
7.根据权利要求6所述的SiC/SiC复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，所述孔隙通道的Knudsen型扩散系数模型通过下式确定：
8.根据权利要求7所述的SiC/SiC复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，所述确定任一时刻下通道内氧气浓度分布的过程中，任一时刻对应的氧气浓度通过下式确定：
9.根据权利要求8所述的SiC/SiC复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，所述根据通道的氧化过程建立通道内不同方向的氧化模型的过程中，所述通道内不同方向的氧化模型，包括：
10.根据权利要求9所述的SiC/SiC复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，所述单胞中纤维束复合材料的弹性模量通过下式确定：
...【技术特征摘要】
1.一种sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，根据所述纤维束复合材料的弹性模量获取单胞的弹性模量矩阵，根据单胞的受力情况得到单元的受力情况，根据所述弹性模量矩阵和失效准则判断单元中不同方向拉伸或压缩时纤维和基体的退化，包括：
3.根据权利要求2所述的sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，所述通道类型包括裂纹通道和孔隙通道；和/或，
4.根据权利要求3所述的sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，所述裂纹通道在不断愈合的过程中裂纹通道的扩散系数模型由混合型扩散系数模型转化为knudsen型扩散系数模型；和/或，
5.根据权利要求4所述的sic/sic复合材料叶片氧化寿命预测方法，其特征在于，所述裂纹通道的knudsen型扩散系数模型通过下式确定：
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：范晓丽，马晨钰，史俊勤，曾庆丰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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