The invention provides a prediction method, the residual fatigue life of a composite patch structure comprises the following steps: 1) to determine the material constants of unrepaired structure; 2) modeling of the repair structure; model, entity assembly, grid, create constraints; 3) to solve the relationship between stress intensity the amplitude factor and crack length; 4) according to the fracture toughness of metallic materials, the software output of the stress intensity factor of the crack length to determine the final failure repair based on the structure; 5) the material constant value, the final failure relation into Paris formula of crack length, stress intensity factor amplitude and crack length are obtained by integrating. The residual fatigue life of the repaired structure. The invention simplifies the calculation steps, and significantly improves the prediction efficiency of the residual fatigue life of the composite adhesive repair structure, reduces the calculation cost, and promotes the development of the adhesive repair technology of the composite material.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合结构疲劳寿命预测
,具体涉及一种基于材料常数不变假设条件的复合材料胶接修补结构剩余疲劳寿命预测方法。
技术介绍
断裂力学中常用Paris公式描述裂纹扩展速率与裂纹尖端应力强度因子变化幅值关系,其表达式为其中为疲劳载荷作用一个循环裂纹扩展的长度,即裂纹扩展速率;ΔK为裂纹尖端的应力强度因子;C和m为待定常数,与材料,环境等等有关。采用Paris公式积分求解含裂纹金属板复合材料胶接修补结构的剩余疲劳寿命过程中,如何确定材料常数C和m,是该方法中的一个关键和难点。现有技术的常用做法是采用试验测试得到修补结构的裂纹扩展速率,结合有限元方法求得修复结构的应力强度因子幅值ΔK,将Paris公式等式两边取自然对数,求得试验条件下的材料常数C和m。但是该方法要求在求解剩余疲劳寿命之前首先通过实验得到修复结构的疲劳寿命试验数据,在很多情况下针对复杂的复合材料胶接修补结构该类实验是无法实施的,而且即便可以实施也需要反复计算修复结构中的应力强度因子幅值,步骤繁琐,计算量大。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决剩余疲劳寿命预测的技术问题,应用Abaqus有限元软件平台,基于Paris公式,假定修复前后金属板的材料常数C和m不变,结合有限元得到的修复结构中的应力强度因子值,提供一种切实可行的复合材料胶接修补结构的剩余疲劳寿命预测方法,步骤为:1)在等幅交变载荷作用条件下,对未修补的含裂纹复合材料的疲劳行为进行试验,得到裂纹扩展速率与裂纹长度的关系,然后采用多项式拟合,得到Paris公式中的材料常数;2)对含裂纹的复合材料进行胶接修复,然后在Abaqus有限元 ...
【技术保护点】
一种复合材料胶接修补结构的剩余疲劳寿命的预测方法,其特征在于,步骤为:1)在等幅交变载荷作用条件下,对未修补的含裂纹复合材料的疲劳行为进行试验,得到裂纹扩展速率与裂纹长度的关系,然后采用多项式拟合,得到Paris公式中的材料常数;2)对含裂纹的复合材料进行胶接修复,然后在Abaqus有限元软件平台上对上述修复结构进行有限元建模;模型建立后,进行实体装配、划分网格、创建约束;3)求解应力强度因子幅值与裂纹长度之间的关系式;4)根据金属材料的断裂韧性,基于软件输出的应力强度因子确定修复结构的最终失效裂纹长度,当修复结构的断裂韧性等于金属板的断裂韧性时对应的裂纹长度,为修复结构的最终失效裂纹长度;5)把材料常数值、最终失效裂纹长度、应力强度因子变化幅值和裂纹长度的关系式代入Paris公式,积分求得修复结构的剩余疲劳寿命。
【技术特征摘要】
1.一种复合材料胶接修补结构的剩余疲劳寿命的预测方法,其特征在于,步骤为:1)在等幅交变载荷作用条件下,对未修补的含裂纹复合材料的疲劳行为进行试验,得到裂纹扩展速率与裂纹长度的关系,然后采用多项式拟合,得到Paris公式中的材料常数;2)对含裂纹的复合材料进行胶接修复,然后在Abaqus有限元软件平台上对上述修复结构进行有限元建模;模型建立后,进行实体装配、划分网格、创建约束;3)求解应力强度因子幅值与裂纹长度之间的关系式;4)根据金属材料的断裂韧性,基于软件输出的应力强度因子确定修复结构的最终失效裂纹长度,当修复结构的断裂韧性等于金属板的断裂韧性时对应的裂纹长度,为修复结构的最终失效裂纹长度;5)把材料常数值、最终失效裂纹长度、应力强度因子变化幅值和裂纹长度的关系式代入Paris公式,积分求得修复结构的剩余疲劳寿命。2.根据权利要求1所述的一种复合材料胶接修补结构的剩余疲劳寿命的预测方法,其特征在于,所述步骤2)中建模是根据修复结构中各材料的特点,从Abaqus单元库中选...
【专利技术属性】
技术研发人员:穆志韬,金平,李旭东,刘治国,孔光明,马鸿儒,
申请(专利权)人:中国人民解放军海军航空工程学院青岛校区,
类型:发明
国别省市:山东;37
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