一种复合材料单向层压板寿命预测方法技术

本发明专利技术属于固体力学复合材料疲劳寿命预测技术领域，公开了一种复合材料单向层压板寿命预测方法，针对单向铺层的复合材料层压板结构，同时考虑复合材料各向异性特征和平均应力修正，结合Hashin类型失效准则和Walker平均应力修正方法，建立多轴应力分量组合形式的疲劳参量与疲劳寿命的关系，提出了复合材料疲劳模型中材料参数的具体确定过程，并建立了复合材料单向层压板多轴应力状态下疲劳寿命预测方法流程。本发明专利技术考虑了失效模式、铺层角度和平均应力因素的影响，改进了现有的复合材料疲劳模型，提高了复合材料单向层压板寿命预测精度。

A life prediction method for unidirectional composite laminates

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料单向层压板寿命预测方法
本专利技术属于固体力学复合材料疲劳寿命预测
，尤其涉及一种复合材料单向层压板寿命预测方法。
技术介绍
复合材料因其良好的力学性能和结构的可设计性，被广泛应用于航空航天、建筑材料、工业设备、交通运输等领域，尤其在航空领域，目前复合材料已继铝、钢和钛之后，迅速发展成飞行器的结构材料之一。复合材料在各行业领域内的广泛应用促进了对复合材料设计、制造等各方面技术的开发。复合材料的各种性能都需要进行研究，其中有关复合材料的力学特性，如断裂、疲劳、耐久、可靠性等，更是需要重点关注和深入研究。对于飞机复合材料结构，现阶段飞机中的复合材料结构一般很少发生疲劳破坏。究其原因是复合材料本身就具有良好的抗疲劳性能。但更主要的是，工程应用中复合材料结构所选的设计许用值一般远低于材料的疲劳极限，导致飞机中的复合材料结构在服役载荷下的疲劳寿命接近无限寿命，在飞机服役过程中其构件一般不会发生疲劳现象，这就是“静力覆盖疲劳”的设计思想。复合材料设计中常常利用这种设计理念来回避对其疲劳问题的分析。但随着飞机结构设计技术的发展，进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料单向层压板寿命预测方法，其特征在于，所述方法包括：/nS1，建立基于损伤支配模式的疲劳模型，所述基于损伤支配模式的疲劳模型包括基于纤维损伤支配的疲劳模型和基于基体损伤支配的疲劳模型；/nS2，确定任意铺层角度的单向复合材料层压板的应力，并将所述应力转换为复合材料坐标系下的应力分量；/nS3，根据0°、45°和90°铺层角度的单向复合材料层压板的疲劳试验数据，确定所述基于损伤支配模式的疲劳模型的材料参数；/nS4，确定任意铺层角度的单向复合材料层压板的损伤支配模式，从而选择对应的疲劳模型，所述损伤支配模式包括纤维损伤支配和基体损伤支配；/nS5,将任意铺层角度的单向复合材料层压板...

【技术特征摘要】
1.一种复合材料单向层压板寿命预测方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，建立基于损伤支配模式的疲劳模型，所述基于损伤支配模式的疲劳模型包括基于纤维损伤支配的疲劳模型和基于基体损伤支配的疲劳模型；
S2，确定任意铺层角度的单向复合材料层压板的应力，并将所述应力转换为复合材料坐标系下的应力分量；
S3，根据0°、45°和90°铺层角度的单向复合材料层压板的疲劳试验数据，确定所述基于损伤支配模式的疲劳模型的材料参数；
S4，确定任意铺层角度的单向复合材料层压板的损伤支配模式，从而选择对应的疲劳模型，所述损伤支配模式包括纤维损伤支配和基体损伤支配；
S5,将任意铺层角度的单向复合材料层压板的应力分量带入所述基于损伤支配模式的疲劳模型中，得到任意铺层角度的单向复合材料层压板的疲劳模型；
S6，根据所述任意铺层角度的单向复合材料层压板的疲劳模型、所述疲劳模型的材料参数、任意铺层角度的单向复合材料层压板在复合材料坐标系下的应力分量，得到所述复合材料单向层压板的疲劳寿命。


2.根据权利要求1所述的一种复合材料单向层压板寿命预测方法，其特征在于，S1具体为：
结合改进的Hashin失效准则和Walker平均应力修正方法，建立基于损伤支配模式的疲劳模型如下：
(a)基于纤维损伤支配的疲劳模型：



(b)基于基体损伤支配的疲劳模型：



其中，Nf为疲劳寿命，XT是复合材料纤维方向0度铺层角度的拉伸强度，YT是复合材料基体方向90度铺层角度的拉伸强度，S45是45度复合材料铺层的剪切强度；KX,KY,αX,αY,ξX,ξY是通过0°、45°和90°复合材料铺层的疲劳试验数据拟合得到的材料参数；γX,γY,γS是Walker模型考虑平均应力的参数，通过0°、45°和90°复合材料铺层的疲劳试验数据拟合得到；定义“11”表示复合材料纤维正轴方向，“22”表示复合材料垂直于纤维方向，σ11,max是纵向最大应力，σ22,max是横向最大应力，σ12,max是平面内的最大加载应力。


3.根据权利要求1所述的一种复合材料单向层压板寿命预测方法，其特征在于，S2具体为：
单向复合材料层压板受单向载荷作用时，载荷可以分解到单向复合材料层压板的正轴方向，正轴方向坐标中应力分量用以下转换方程得到：



对于单向复合材料层压板的单轴载荷，仅有σxx应力，从而单向复合材料层压板在材料坐标系下的受力转换为：
σ11＝σxxcosθcosθ
σ22＝σxxsinθsinθ
τ12＝σxxsinθcosθ
其中，“11”表示复合材料纤维正轴方向，“22”表示复合材料垂直于纤维方向，σ11是纵向应力，σ22是横向应力，τ12是平面内的剪切应力，σxx表示加载方向上x上的加载应力，θ表示铺层角度。


4.根据权利要求2所述的一种复合材料单向层压板寿命预测方法，其特征在于，S3中，材料参数KX,αX,γX,KY,...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏，秦强，丛林华，魏广平，张仡，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61