一种测量材料最大弯曲应力的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量材料最大弯曲应力的方法和装置，所述方法包括测量被测材料待测点的曲率半径和从最大弯曲应力‑曲率半径曲线中获取对应的最大弯曲应力等步骤；所述装置包括存储器和处理器。本发明专利技术方法将对材料最大弯曲应力的测量转化为对其曲率半径的测量，可以避免复杂的数学物理分析，大大简化了应力分析的过程，特别是被测材料为复合材料时，更能体现出其简便性和精确性，本发明专利技术方法不局限于材料的特性，可以适用于各种材料，提高了适用范围。本发明专利技术广泛应用于材料力学数字分析技术领域。

A method and device for measuring maximum bending stress of materials

The invention discloses a method and a device for measuring the maximum bending stress of a material. The method comprises the steps of measuring the curvature radius of the point to be measured of the material and obtaining the corresponding maximum bending stress from the curve of the curvature radius of the maximum bending stress; the device comprises a memory and a processor. The method of the invention transforms the measurement of the maximum bending stress of the material into the measurement of the curvature radius of the material, avoids complicated mathematical and physical analysis, greatly simplifies the process of stress analysis, especially when the material under test is a composite material, and can better reflect its simplicity and accuracy. The method of the invention is not limited to the characteristics of the material. It can be applied to all kinds of materials and improve the scope of application. The invention is widely applied to the field of material mechanics digital analysis technology.

【技术实现步骤摘要】
一种测量材料最大弯曲应力的方法和装置
本专利技术涉及材料力学数字分析
，尤其是一种测量材料最大弯曲应力的方法和装置。
技术介绍
术语解释弯曲应力：物体在弯曲变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力。米塞斯应力：也称范式等效应力，遵循材料力学的第四强度理论，可以表示材料的最大弯曲应力。应力分析：分析和求解物体内各点的应力和应力分布的方法，可以确定与物体失效有关的危险点的应力集中、应变集中部位的峰值应力和应变。复合材料：用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，特点是比重小、比强度和比模量大。应力分析对材料的研究、开发和应用具有重要意义。现有的应力分析方法在数学上和物理上均存在较大的复杂性，这些应力分析方法几乎都是针对特定的材料而进行，适用范围小，特别是用于复合材料的应力分析时更为复杂，现有方法往往因无法取得解析解而造成结果误差较大。如专利申请号为2013104030393的一种复合材料的有限元分析方法，针对缠绕成型的复合材料进行有限元分析，需要研究缠绕复合材料每层的缠绕方向、缠绕厚度以及材料失效准则；专利申请号为2015103956878的一种橡胶复合材料疲劳分析试验方法，针对轮胎制品耐疲劳破坏性能进行分析，需要研究单层帘布屈挠疲劳等现象；其他现有技术一般是基于梁弯曲理论，通过对夹层梁微元的受力分析，确定各层、布和各层间的变形协调关系，求出夹层梁各层的正应力、层间剪应力和弯曲挠度的解析表达式，或者采用理论分析和数值模拟相结合的方法，侧重层间应力的分析地研究不同纤维铺设角下承受分布载荷层合板层间应力分布规律，或者通过对不同曲率半径的复合材料曲板进行稳定性试验，研究曲率半径变化对试验件屈曲载荷及屈曲模态的影响，通过物理实验的方式，辨识复合材料在不同曲率半径下的屈曲载荷等。现有技术的缺点，使得对材料的应力分析，尤其是最大弯曲应力的测量仍然存在不方便和不准确的问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的第一目的在于提供一种测量材料最大弯曲应力的方法，第二目的在于提供一种测量材料最大弯曲应力的装置。本专利技术所采取的第一技术方案是：一种测量材料最大弯曲应力的方法，包括以下步骤：测量被测材料待测部位的曲率半径；根据被测材料待测部位的曲率半径，从预先测得的最大弯曲应力-曲率半径曲线中获取对应的最大弯曲应力。进一步地，所述最大弯曲应力-曲率半径曲线通过以下步骤获取：用试验材料构建悬臂梁；所述悬臂梁包括固定端和活动端；向悬臂梁的活动端施加载荷；对悬臂梁的固定端进行有限元分析，从而得到悬臂梁的固定端在所述载荷下的最大弯曲应力，以及悬臂梁在最大弯曲应力作用点附近的曲率半径；记录最大弯曲应力-曲率半径对应关系；改变向悬臂梁的活动端施加的载荷，从而得到多个最大弯曲应力-曲率半径对应关系；将所述多个最大弯曲应力-曲率半径对应关系组成最大弯曲应力-曲率半径曲线。进一步地，所述试验材料与被测材料为同一种材料。进一步地，所述有限元分析具体包括：对悬臂梁的固定端进行网格划分；在悬臂梁的固定端的最大应力区域选择多个网格分别作为采样点，对各采样点的位移和所受应力进行采样；所述最大应力区域为最大弯曲应力在悬臂梁的固定端上的集中区域；根据各采样点的所受应力，计算悬臂梁的固定端在所述载荷下的最大弯曲应力；根据各采样点的位移，计算悬臂梁在最大弯曲应力作用点附近的曲率半径。进一步地，所述根据各采样点的位移，计算悬臂梁在最大弯曲应力作用点附近的曲率半径这一步骤，具体包括：根据各采样点的位移，将各采样点拟合为圆弧；计算圆弧所在圆的半径作为悬臂梁在最大弯曲应力作用点附近的曲率半径。进一步地，所述根据各采样点的位移，计算悬臂梁在最大弯曲应力作用点附近的曲率半径这一步骤，所用公式为：式中，N为采样点总数，(Xi,Yi)为第i个采样点的坐标，a,b,c,D,E,G,H均为计算过程的中间参数，R为曲率半径。进一步地，所述将所述多个最大弯曲应力-曲率半径对应关系组成最大弯曲应力-曲率半径曲线这一步骤，具体包括：以最大弯曲应力作为纵坐标，以曲率半径作为横坐标，根据所述多个最大弯曲应力-曲率半径对应关系，得到多个数据点；将所述多个数据点拟合所得的样条曲线作为最大弯曲应力-曲率半径曲线；所述样条曲线经过所有数据点，所述样条曲线在曲率半径最小值与曲率半径最大值形成的区间上连续。进一步地，所述样条曲线为三次曲线。进一步地，所述样条曲线的方程为式中，j＝1,2,...,n-1，n为数据点总数，hj＝xj+1-xj，mj通过解下列方程求得：式中，j取2,3,...,n-1；fi＝f(xi)＝S(xi),i＝1,2,...,n，其中S(x)∈C2[a,b]，a＝x1<x2<…<xn＝b。本专利技术所采取的第二技术方案是：一种测量材料最大弯曲应力的装置，包括：存储器，用于存储至少一个程序；处理器，用于加载所述至少一个程序以执行所述一种测量材料最大弯曲应力的方法。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法将对材料最大弯曲应力的测量转化为对其曲率半径的测量，可以避免复杂的数学物理分析，大大简化了应力分析的过程，特别是被测材料为复合材料时，更能体现出其简便性和精确性。而且本专利技术方法不局限于材料的特性，可以适用于各种材料，提高了适用范围。附图说明图1为本专利技术方法流程图；图2为本专利技术所用试验材料的示意图；图3为有限元分析网格划分的原理图；图4为图3最大应力区域的局部放大图；图5为采样点拟合圆弧的原理图；图6为最大弯曲应力-曲率半径曲线拟合原理图。具体实施方式本专利技术一种测量材料最大弯曲应力的方法，如图1所示，包括以下步骤：测量被测材料待测部位的曲率半径；根据被测材料待测部位的曲率半径，从最大弯曲应力-曲率半径曲线中获取对应的最大弯曲应力。应用本专利技术方法时被测材料可以是包括复合材料在内的各种材料，尤其是由两层单层材料贴合而成的复合材料。最大弯曲应力-曲率半径曲线反映了此种被测材料的最大弯曲应力-曲率半径曲线对应关系，即根据测得的曲率半径，即可从最大弯曲应力-曲率半径曲线上查找到对应的最大弯曲应力，从而完成对该种被测材料最大弯曲应力的测量。本专利技术方法将对材料最大弯曲应力的测量转化为对其曲率半径的测量，可以避免复杂的数学物理分析，大大简化了应力分析的过程，特别是被测材料为复合材料时，更能体现出其简便性和精确性。而且本专利技术方法不局限于材料的特性，可以适用于各种材料，提高了适用范围。进一步作为优选的实施方式，所述最大弯曲应力-曲率半径曲线通过以下步骤获取：用试验材料构建悬臂梁；所述悬臂梁包括固定端和活动端；向悬臂梁的活动端施加载荷；对悬臂梁的固定端进行有限元分析，从而得到悬臂梁的固定端在所述载荷下的最大弯曲应力，以及悬臂梁在最大弯曲应力作用点附近的曲率半径；记录最大弯曲应力-曲率半径对应关系；改变向悬臂梁的活动端施加的载荷，从而得到多个最大弯曲应力-曲率半径对应关系；将所述多个最大弯曲应力-曲率半径对应关系组成最大弯曲应力-曲率半径曲线。最大弯曲应力-曲率半径曲线反映材料的曲率半径与材料以此曲率半径弯曲时所受的最大弯曲应力之间的对应关系，其可以利用本专利技术方法事先测量出来。测量最大弯曲应力-曲率半径曲线所用的材料为试验材料。在本实施例中，如图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量材料最大弯曲应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：测量被测材料待测部位的曲率半径；根据被测材料待测部位的曲率半径，从预先测得的最大弯曲应力‑曲率半径曲线中获取对应的最大弯曲应力。

【技术特征摘要】
1.一种测量材料最大弯曲应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：测量被测材料待测部位的曲率半径；根据被测材料待测部位的曲率半径，从预先测得的最大弯曲应力-曲率半径曲线中获取对应的最大弯曲应力。2.根据权利要求1所述的一种测量材料最大弯曲应力的方法，其特征在于，所述最大弯曲应力-曲率半径曲线通过以下步骤获取：用试验材料构建悬臂梁；所述悬臂梁包括固定端和活动端；向悬臂梁的活动端施加载荷；对悬臂梁的固定端进行有限元分析，从而得到悬臂梁的固定端在所述载荷下的最大弯曲应力，以及悬臂梁在最大弯曲应力作用点附近的曲率半径；记录最大弯曲应力-曲率半径对应关系；改变向悬臂梁的活动端施加的载荷，从而得到多个最大弯曲应力-曲率半径对应关系；将所述多个最大弯曲应力-曲率半径对应关系组成最大弯曲应力-曲率半径曲线。3.根据权利要求2所述的一种测量材料最大弯曲应力的方法，其特征在于，所述试验材料与被测材料为同一种材料。4.根据权利要求2所述的一种测量材料最大弯曲应力的方法，其特征在于，所述有限元分析具体包括：对悬臂梁的固定端进行网格划分；在悬臂梁的固定端的最大应力区域选择多个网格分别作为采样点，对各采样点的位移和所受应力进行采样；所述最大应力区域为最大弯曲应力在悬臂梁的固定端上的集中区域；根据各采样点的所受应力，计算悬臂梁的固定端在所述载荷下的最大弯曲应力；根据各采样点的位移，计算悬臂梁在最大弯曲应力作用点附近的曲率半径。5.根据权利要求4所述的一种测量材料最大弯曲应力的方法，其特征在于，所述根据各采样点的位移，计算悬臂梁在最大弯曲应力作用点附近的曲率半径这一步骤，具体包括：根据各采样点的位移，将各采样点拟合为圆弧；计算圆弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏鸿建，李东宇，马杰，王煜，
申请(专利权)人：佛山市诺威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44