一种复合材料冲击损伤后剩余压缩强度的分析方法技术

技术编号:14140595 阅读:212 留言:0更新日期:2016-12-10 16:11
本发明专利技术属于复合材料结构损伤容限设计领域,具体涉及一种复合材料冲击损伤后剩余压缩强度的分析方法,是用来确定复合材料冲击损伤后剩余压缩强度的一种分析方法。本发明专利技术包括3个步骤,第一步根据复合材料的失效特点选择Hanshin失效准则作为层合板低速冲击的损伤失效准则;第二步采用大型动态有限元程序DYTRAN,引入Hanshin失效准则,计算层合板低速冲击下的损伤面积;第三步根据第二步确定的损伤面积,对低速冲击后的损伤区域进行刚度衰减,采用整体-局部模型分析方法计算低速冲击后层合板的剩余压缩强度。本发明专利技术提出一种全新的分析方法,有效预测复合材料典型构件冲击损伤后的剩余强度,为飞机复合材料结构的设计、分析及验证提供了依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料结构损伤容限设计领域,是确定复合材料冲击损伤后剩余压缩强度的分析方法
技术介绍
复合材料对许多类型的外来物低速冲击损伤十分敏感,低速冲击将大大削弱复合材料层合板结构的承压能力。目前对含有目视勉强可见冲击损伤的复合材料损伤容限分析,国内一般采用设定许用应变的办法,根据设定的许用应变,计算层合板的冲击后压缩剩余强度。在该分析方法未研究成功之前,还未有合适的分析方法可全面考虑复合材料结构铺层和厚度的变化及载荷的组合等因素情况对低速冲击后压缩剩余强度的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是:提出一种全新的分析方法,有效预测复合材料典型构件冲击损伤后的剩余强度,为飞机复合材料结构的设计、分析及验证提供了依据。本专利技术的技术方案是:一种复合材料冲击损伤后剩余压缩强度分析方法,有效预测冲击损伤对复合材料层合板剩余强度的影响。步骤1确定层合板低速冲击的损伤失效准则采用Hanshin失效准则作为层合板低速冲击的损伤失效准则,Hanshin失效准则定义5个失效系数:纤维拉伸失效系数DET、纤维
压缩失效系数DEC、基体拉伸失效系数DEM、基体压缩失效系数DED、剪切失效系数为DES,能综合考虑纤维和基体的拉伸/压缩失效,并且还单独考虑了剪切的损伤。若失效系数大于1,则表明材料出现了损伤。纤维拉伸失效: D ET = ( σ 11 X T ) 2 + ( σ 12 S 12 ) 2 ]]>纤维压缩失效:基体拉伸失效: D EM = ( σ 22 Y T ) 2 + ( σ 12 S 12 ) 2 ]]>基体压缩失效: D ED = ( σ 22 2 S 23 ) 2 + [ ( Y C 2 S 23 ) 2 - 1 ] ( σ 22 Y C ) + ( σ 12 S 12 ) 2 ]]>剪切失效:步骤2计算层合板低速冲击下的损伤面积采用大型动态有限元程序DYTRAN,根据步骤1确定选用的Hanshin失效准则,建立尺寸为150mm*100mm的层合板有限元模型及直径为12.7mm的冲击物有限元模型,层合板受到的冲击能量为4.45J/mm,冲击物的冲击速度为4.15m/s,冲击物与层合板之间设置为自适应主从接触,计算层合板在受到该冲击能量(4.45J/mm)时的损伤区域直达宽度及与受力方向垂直的有效损伤直径,进而计算损伤面积。步骤3计算低速冲击后层合板的剩余压缩强度根据步骤2确定的损伤面积,对低速冲击后的损伤区域进行刚度衰减,损伤区的刚度衰减法用式(1)、式(2)和式(3)表示:E11-d=Mr E11 (1)E22-d=Mr E22 (2)G12-d=Mr G12 (3)式中:E11、E22和G12——分别为无损伤层合板的纵向模量、横向模量及剪切模量;E11-d、E22-d和G12-d——分别为层合板损伤衰减后的纵向模量、横向模量及剪切模量;Mr——模量保持率,取Mr的值为0.15。首先,建立含损伤区域的层合板的整体有限元模型,层合板的完好区域采用无损伤层合板的纵向模量E11、横向模量E22及剪切模量G12,层合板的损伤区域采用衰减后的纵向模量E11-d、横向模量E22-d及剪切模量G12-d,对含损伤区域的层合板整体模型进行总体应力分析。其次,对损伤区域进行局部网格细化,建立局部有限元模型,以总体应力分析得到的位移矢量结果作为局部有限元模型的边界条件,进行冲击后压缩分析计算。根据计算结果获得低速冲击后层合板的剩余压缩强度。根据上述步骤1、步骤2和步骤3的方法对完成复合材料冲击损伤后的剩余强度进行计算。本专利技术的优点是:提出一种全新的分析方法,有效预测复合材料典型构件冲击损伤后的剩余强度,为飞机复合材料结构的设计、分析及验证提供了依据。附图说明图1为层合板冲击有限元计算模型图2为层合板冲击后损伤区域图3为有效损伤直径为21.5mm的层合板计算模型图4为局部网格及局部应力情况图5为飞机舵面目视勉强可见损伤冲击部位其中:1为局部网格,2为局部应力情况。具体实施方式飞机方向舵复合材料层合板冲击损伤后剩余强度分析。1飞机方向舵复合材料层合板信息典型铺层:(±45)本文档来自技高网...
一种复合材料冲击损伤后剩余压缩强度的分析方法

【技术保护点】
一种复合材料冲击损伤后剩余压缩强度的分析方法;其特征包括3个步骤:步骤1确定层合板低速冲击的损伤失效准则根据复合材料的失效特点,综合考虑纤维和基体的拉伸/压缩失效及剪切失效,选择Hanshin失效准则作为层合板低速冲击的损伤失效准则,具体过程如下:采用Hanshin失效准则作为层合板低速冲击的损伤失效准则,Hanshin失效准则定义5个失效系数:纤维拉伸失效系数DET、纤维压缩失效系数DEC、基体拉伸失效系数DEM、基体压缩失效系数DED、剪切失效系数为DES,能综合考虑纤维和基体的拉伸/压缩失效,并且还单独考虑了剪切的损伤;若失效系数大于1,则表明材料出现了损伤;纤维拉伸失效:DET=(σ11XT)2+(σ12S12)2]]>纤维压缩失效:DEC=(σ11XC)2]]>基体拉伸失效:DEM=(σ22YT)2+(σ12S12)2]]>基体压缩失效:DED=(σ222S23)2+[(YC2S23)2-1](σ22YC)+(σ12S12)2]]>剪切失效:DES=(σ12S12)2]]>步骤2计算层合板低速冲击下的损伤面积采用大型动态有限元程序DYTRAN,根据步骤1确定选用的Hanshin失效准则,建立尺寸为150mm*100mm的层合板有限元模型及直径为12.7mm的冲击物有限元模型,层合板受到的冲击能量为4.45J/mm,冲击物的冲击速度为4.15m/s,冲击物与层合板之间设置为自适应主从接触,计算层合板在受到该冲击能量(4.45J/mm)时的损伤区域直达宽度及与受力方向垂直的有效损伤直径,进而计算损伤面积;步骤3计算低速冲击后层合板的剩余压缩强度对低速冲击损伤的区域进行刚度衰减,模量保持率为15%,根据步骤2确定的损伤面积,对低速冲击后的损伤区域进行刚度衰减,采用整体‑局部模型分析方法计算低速冲击后层合板的剩余压缩强度,具体过程如下:根据步骤2确定的损伤面积,对低速冲击后的损伤区域进行刚度衰减,损伤区的刚度衰减法用式(1)、式(2)和式(3)表示:E11‑d=Mr E11    (1)E22‑d=Mr E22    (2)G12‑d=Mr G12    (3)式中:E11、E22和G12——分别为无损伤层合板的纵向模量、横向模量及剪切模量;E11‑d、E22‑d和G12‑d——分别为层合板损伤衰减后的纵向模量、横向模量及剪切模量;Mr——模量保持率,取Mr的值为0.15;首先,建立含损伤区域的层合板的整体有限元模型,层合板的完好区域采用无损伤层合板的纵向模量E11、横向模量E22及剪切模量G12,层合板的损伤区域采用衰减后的纵向模量E11‑d、横向模量E22‑d及剪切模量G12‑d,对含损伤区域的层合板整体模型进行总体应力分析;其次,对损伤区域进行局部网格细化,建立局部有限元模型,以总体应力分析得到的位移矢量结果作为局部有限元模型的边界条件,进行冲击后压缩分析计算;根据计算结果获得低速冲击后层合板的剩余压缩强度;根据上述步骤1、步骤2和步骤3的方法对完成复合材料冲击损伤后的剩余强度进行计算。...

【技术特征摘要】
1.一种复合材料冲击损伤后剩余压缩强度的分析方法;其特征包括3个步骤:步骤1确定层合板低速冲击的损伤失效准则根据复合材料的失效特点,综合考虑纤维和基体的拉伸/压缩失效及剪切失效,选择Hanshin失效准则作为层合板低速冲击的损伤失效准则,具体过程如下:采用Hanshin失效准则作为层合板低速冲击的损伤失效准则,Hanshin失效准则定义5个失效系数:纤维拉伸失效系数DET、纤维压缩失效系数DEC、基体拉伸失效系数DEM、基体压缩失效系数DED、剪切失效系数为DES,能综合考虑纤维和基体的拉伸/压缩失效,并且还单独考虑了剪切的损伤;若失效系数大于1,则表明材料出现了损伤;纤维拉伸失效: D ET = ( σ 11 X T ) 2 + ( σ 12 S 12 ) 2 ]]>纤维压缩失效: D EC = ( σ 11 X C ) 2 ]]>基体拉伸失效: D EM = ( σ 22 Y T ) 2 + ( σ 12 S 12 ) 2 ]]>基体压缩失效: D ED = ( σ 22 2 S 23 ) 2 + [ ( ...

【专利技术属性】
技术研发人员:韩刘温永海云庆文齐德胜张震徐忠岩朱洪艳李世峰南力强张野印明勋
申请(专利权)人:哈尔滨飞机工业集团有限责任公司
类型:发明
国别省市:黑龙江;23

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1