一种基于失效面理论的复合材料层合板强度分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于失效面理论的复合材料层合板强度分析方法，涉及复合材料结构失效分析领域，该方法包括：基于三维失效面理论确定材料损伤柔度矩阵的计算公式，从而建立起复合材料力学本构关系；采用失效面上的应力构造失效准则以判断复合材料是否失效及其失效模式，并基于失效面坐标系进行复合材料的刚度退化。通过对有限元软件进行二次开发建立了复合材料层合板的三维有限元模型，仿真模拟了复合材料层合板损伤起始、损伤演化和最终破坏的完整过程。该方法物理机制明确，能较好地预测复合材料层合板的失效载荷与失效模式，在很大程度上提高了复合材料层合板强度分析的预测精度，从而避免进行大量耗时长、成本高的试验测试。

【技术实现步骤摘要】
一种基于失效面理论的复合材料层合板强度分析方法
本专利技术涉及复合材料结构失效分析领域，尤其是一种基于失效面理论的复合材料层合板强度分析方法。
技术介绍
复合材料凭借其高比强度、高比刚度、可设计、抗疲劳和耐腐蚀等突出特点，在航空航天、风电叶片、轨道交通等领域得到了广泛应用。然而在工程实际中，复合材料结构的设计仍是相当保守的。工程人员在设计时一般会通过选取较大的安全系数，并进行大量试验以最大程度地保证结构的安全性。但采用该方法会导致设计的结构效率偏低，也会造成设计周期变长，成本增加。因此，有必要建立一种准确预测复合材料层合板强度的分析方法，这有助于提高结构效率，减轻结构重量，降低试验成本并缩短研发周期。复合材料层合板的渐进失效分析(ProgressiveFailureAnalysis，PFA)方法目前在学术界得到了广泛应用，并取得了相对较好的预测效果。但因为复合材料具有高度各向异性且损伤模式多样化，导致其失效机理异常复杂，所以不少学者提出的复合材料层合板渐进失效分析模型都带有一定经验性。例如，广泛用于预测复合材料层合板失效的Tsai-Wu本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于失效面理论的复合材料层合板强度分析方法，其特征在于，所述方法包括：/n建立基于三维失效面理论的复合材料力学本构关系，包括：/n复合材料在未损伤和损伤这两种状态下的应力—应变本构方程分别为：ε＝S

【技术特征摘要】
1.一种基于失效面理论的复合材料层合板强度分析方法，其特征在于，所述方法包括：
建立基于三维失效面理论的复合材料力学本构关系，包括：
复合材料在未损伤和损伤这两种状态下的应力—应变本构方程分别为：ε＝S0σ和ε＝Sdσ，其中ε为自然坐标系下的应变，σ为自然坐标系下的应力向量，S0为未损伤状态下的柔度矩阵，S0通过试验测得的复合材料工程弹性常数确定；Sd为损伤状态下的柔度矩阵，Sd与复合材料损伤程度有关，并且Sd由所述三维失效面理论推导得到，包括：
首先采用基于所述三维失效面理论构造的失效准则来判断所述复合材料是否发生损伤；根据所述三维失效面理论，材料失效是由失效面上的应力决定的，因此先通过坐标转换矩阵T将所述应力向量σ＝[σ1σ2σ3τ23τ13τ21]T由自然坐标系转换到三维失效面坐标系：σfp＝T-1σ，其中σfp＝[σlσnσtτntτltτnl]T，代表失效面坐标系下的真实应力向量，然后将所述失效面坐标系下的应力分量σl,σn,τnt,τnl代入基于所述三维失效面理论构造的失效准则以判断所述复合材料是否失效及其失效模式；
如果所述复合材料满足所述失效准则，则发生损伤，需进行刚度性能退化；根据所述三维失效面理论，损伤变量矩阵Dfp同样应该定义在所述失效面坐标系下，而非传统的自然坐标系；由损伤力学知识可知，失效面上的有效应力和真实应力σfp满足关系式：基于能量等效假设，在失效面坐标系中未损伤和损伤这两种状态下的柔度矩阵满足关系式最后通过所述坐标转换矩阵T将失效面坐标系中的两柔度矩阵由失效面坐标系转换回自然坐标系，得到Sd＝(TT)-1(Dfp)TTTS0TDfpT-1；在所述复合材料发生损伤后，应力—应变本构关系由ε＝Sdσ确定；
如果所述复合材料不满足所述失效准则，则未发生损伤，材料刚度性能不变，所述复合材料的应力—应变本构关系由ε＝S0σ确定；
基于有限元软件二次开发的复合材料层合板三维建模，包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：顾杰斐，李可，宿磊，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32