A dynamic tensile failure assessment method for fiber reinforced composites is proposed. In view of the problem that strain rate effect is not considered in current failure assessment methods for fiber reinforced composites and the lack of theoretical basis depends on test data correction, the dynamic load of fiber reinforced composites is considered based on the energy density theory. The strain rate effect under dynamic tensile load is deduced and the strain rate dependent energy distortion energy density equation is derived. This method can accurately analyze the tensile failure behavior of fiber reinforced composites under dynamic loading, avoiding a large number of dynamic test and testing, and can be used for all kinds of fiber reinforced composites. The design of the structure provides a reliable assessment method.
【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强复合材料动态拉伸失效评估方法
本专利技术涉及一种纤维增强复合材料,具体涉及一种纤维增强复合材料动态拉伸失效评估方法。
技术介绍
纤维增强复合材料作为一种新型材料,由于具有轻比重、高比强、抗腐蚀等优异性能而被越来越广泛地应用于航空航天、船舶海洋、汽车工业等领域。纤维增强复合材料的力学性能和物理性能较为复杂,在动荷载作用下具有应变率效应,极大地增加了结构中复合材料动态失效评估的难度。纤维增强复合材料的动态失效评估问题得不到解决,将导致结构的设计与研制、关键技术攻关存在很大盲目性,对结构安全性、可靠性产生致命性的影响,或由于过于保守引起结构效率的下降,难以完成预定的服役使命,因此动荷载作用下纤维增强复合材料的失效评估问题日益突出。拉伸性能作为材料的基本力学性能,是研究复杂荷载作用下材料各种力学性能的基础。研究材料在拉伸荷载作用下的应力水平、变形情况,预测材料的拉伸失效行为,有助于改进材料的制备工艺,提高材料的服役性能。目前针对纤维增强复合材料的动态拉伸失效评估问题,常用的失效评估方法,如最大应力准则、最大应变准则、Tsai-Hill准则、Tsai-Wu准则等,均未考虑复合材料的应变率效应,仅能预测其静态拉伸失效行为,无法较好地评估其在动态环境下的失效特征。对于复合材料动态失效的破坏过程、失效机理,目前的认识尚且不够深入,尚未建立起有效的表征手段和动态评估方法。现有技术通常是在静态失效准则的基础上,通过动态拉伸试验获取数据对静态失效评估方法进行修正,无法准确地评估复合材料结构的动态拉伸失效特性,严重制约了各类纤维增强复合材料结构的设计与研制。专利技术内 ...
【技术保护点】
1.一种纤维增强复合材料动态拉伸失效评估方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)针对纤维增强复合材料的动力学特性,建立考虑材料应变率效应的动态本构方程:
【技术特征摘要】
1.一种纤维增强复合材料动态拉伸失效评估方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)针对纤维增强复合材料的动力学特性,建立考虑材料应变率效应的动态本构方程:式中,σ=[σ1,σ2,σ3]T为应力张量,σ1、σ2、σ3分别为3个主方向上的应力;ε=[ε1,ε2,ε3]T为应变张量,ε1、ε2、ε3分别为3个主方向上的应变;为应变率张量,分别为3个主方向上的应变率;K和Φ分别为材料的刚度系数和应变率硬化系数;在单轴动态拉伸荷载作用下,拉伸方向上的主应力σ1表示为:式中,A2为静态本构参数相关系数项,B2为动态本构参数相关系数项,ε1为拉伸方向上的主应变,为拉伸方向上的应变率;计算单元体在单轴动态拉伸荷载作用下的应变能密度和体积改变能密度,进而基于畸变能密度理论,建立纤维增强复合材料应变率相关的能量密度理论动态拉伸失效评估方法:式中,υd为纤维增强复合材料动荷载作用下的畸变能密度,υε为总应变能密度,υv为体积改变能密度,A11为静态本构参数相关系数项,A22为考虑应变率效应的动态本构参数相关系数项;(2)根据纤维增强复合材料的静态本构参数,计算能量密度理论动态拉伸失效评估方法中的静态本构参数相关系数项A2、A11:A2=k11-v21k12-v31k13式中,kij为刚度系数,代表刚度矩阵中的9个系数项,vij为泊松比,下标i、j代表材料的主方向;进而根据准静态下的失效应变ε1s计算能量密度阈值υds:根据在给定动态拉伸应变率下的动态失效应变ε1d、失效应力σ1d,计算能量密度理论动态拉伸失效评估方法中的动态拉伸本构参数相关系数项A22、B2:(3)根据计算所得能量密度阈值υds及相关系数项A11、A22,给定实际工况中的动态拉伸应变率计算纤维增强复合材料在该应变率下的动态拉伸失效应变根据相关系数项A2、B2,进而计算实际工况中动态拉伸应变率下的动态失效应力给定实际工况中的动态拉伸应变率即可通过能量密度...
【专利技术属性】
技术研发人员:费庆国,于静巍,张培伟,李彦斌,郭飞,陈强,
申请(专利权)人:东南大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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