一种陶瓷纤维强度分布快速测量方法与流程

1.本发明属于复合材料性能检测的技术领域，特别涉及一种陶瓷纤维强度分布的快速测量方法。


背景技术：

2.纤维增韧陶瓷基复合材料是航空发动机热端部件的新型高温结构材料，其具备高比强度、高比刚度、耐高温、低密度等特性，能有效实现热端部件的减重。纤维作为该材料的主要承载组分，其强度分布对陶瓷基复合材料的整体强度和应力
‑
应变响应具有决定性的作用，但由于制成的纤维总会存在随机分布的缺陷，导致一束纤维中的单丝强度具有一定的分散性。因此，获取纤维的强度分布是进行陶瓷基复合材料细观分析的关键，是进行陶瓷基复合材料结构设计的基础。
3.现有技术中，学者们测量纤维强度分布普遍采用的是单丝拉伸试验法【姚江薇，于伟东碳纤维单丝强伸实验的影响因素。材料科学与工程学报，2005(06)：810
‑
813.】。该方法将纤维束中的纤维单丝滤出，制成试样进行强度试验，其试验过程十分复杂，且需要大量的单丝作为基数，效率较低，且由于高温单丝试验尚无相应的试验装置，难以测量高温纤维强度分布。
4.综上所述，有必要提供一种能有效且快速地测量纤维强度分布的方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决背景技术中提及的问题，提供一种陶瓷纤维强度分布快速测量方法。
6.为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
7.一种陶瓷纤维强度分布快速测量方法，其特征是：包括以下步骤：
8.步骤1：对一束由单根或多根纤维单丝组成的陶瓷纤维束进行拉伸试验，得到其应力
‑
应变曲线；
9.步骤2：依据步骤1得到的纤维束应力
‑
应变曲线，获得曲线最高点对应的应力和应变获得纤维弹性模量e
f
，其中，
10.步骤3：由曲线最高点坐标和纤维弹性模量计算weibull分布参数m；
11.步骤4：由e
f
和m计算weibull分布参数σ0；
12.步骤5：将σ0和m代入weibull分布模型，得到该纤维束在不同应力下断裂的概率，从而得到该纤维束的纤维强度分布。
13.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
14.步骤2中，将纤维束应力
‑
应变曲线初始线性段的斜率记为纤维弹性模量e
f
。
15.步骤3中，计算weibull分布参数m的具体公式为：
[0016][0017]
步骤4中，计算weibull分布参数σ0的具体公式为：
[0018][0019]
式中，l
f
是纤维的长度，l0是参考长度，取1米。
[0020]
步骤5中，纤维在不同应力下断裂的概率为：
[0021][0022]
本发明的有益效果是：提供了一种测量纤维强度分布的方法，该方法基于weibull分布模型，只需对纤维束进行单向拉伸试验，在得到其应力
‑
应变曲线的基础上即可快速地得到其纤维强度的分布。该方法简单易行，无需将纤维束中的纤维单丝滤出，相比于对众多纤维单丝进行拉伸试验，耗时较少，且在高温环境下依然方便适用。
附图说明
[0023]
图1是纤维束单向拉伸应力
‑
应变曲线；
[0024]
图2是利用本专利方法测得的纤维强度分布模拟的sic纤维束应力
‑
应变响应与实验结果的对比图。
具体实施方式
[0025]
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
[0026]
以sic纤维为例，一种陶瓷纤维强度分布测量方法，其实施过程具体如下：
[0027]
步骤1：对一纤维束进行拉伸试验，得到其应力
‑
应变曲线，如图2中折线所示。
[0028]
步骤2：依据所述纤维束应力
‑
应变曲线，获得曲线最高点对应的应力和应变获得纤维弹性模量e
f
＝190.17gpa。
[0029]
将所述纤维束应力
‑
应变曲线初始线性段的斜率记为纤维弹性模量e
f
，如图1所示。
[0030]
步骤3：由曲线最高点坐标和纤维弹性模量计算weibull分布参数m。
[0031]
计算m的具体公式为：
[0032][0033]
步骤4：由e
f
和m计算weibull分布参数σ0。
[0034]
计算σ0的具体公式为：
[0035]
[0036]
式中，l
f
是纤维的长度，l0是参考长度，取1米。
[0037]
步骤5：将σ0和m代入weibull分布模型，得到该纤维在不同应力下断裂的概率，从而得到纤维强度分布。
[0038]
纤维在不同应力下断裂的概率为：
[0039][0040]
图2中三条折线和三种散点分别显示了常温下、500℃和1000℃下的实验结果和采用本专利提出的方法测得的纤维强度分布模拟的sic纤维束应力
‑
应变响应曲线。以上显示和描述了本发明的在常温下的实施方式，500℃和1000℃下的分析方法原理相同，此处不再赘述。从图中对比可以发现，该方法具有良好的准确性。
[0041]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种陶瓷纤维强度分布快速测量方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1：对一束由单根或多根纤维单丝组成的陶瓷纤维束进行拉伸试验，得到其应力
‑
应变曲线；步骤2：依据步骤1得到的纤维束应力
‑
应变曲线，获得曲线最高点对应的应力和应变获得纤维弹性模量e
f
，其中，步骤3：由曲线最高点坐标和纤维弹性模量计算weibull分布参数m；步骤4：由e
f
和m计算weibull分布参数σ0；步骤5：将σ0和m代入weibull分布模型，得到该纤维束在不同应力下断裂的概率，从而得到该纤维束的纤维强度分布。2.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维强度分布快速测量方法，其特征是：步骤2中，将纤维束应力
‑
应变曲线初始线性段的斜率记为纤维弹性模量e
f
。3.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维强度分布快速测量方法，其特征是：步骤3中，计算weibull分布参数m的具体公式为：4.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维强度分布快速测量方法，其特征是：步骤4中，计算weibull分布参数σ0的具体公式为：式中，l
f
是纤维的长度，l0是参考长度，取1米。5.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维强度分布快速测量方法，其特征是：步骤5中，纤维在不同应力下断裂的概率为：
技术总结
本发明公开了一种陶瓷纤维强度分布快速测量方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1：对一束由单根或多根纤维单丝组成的陶瓷纤维束进行拉伸试验，得到其应力


技术研发人员：张盛 张世榕 高希光 宋迎东
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2021.03.16
技术公布日：2021/6/24