含制孔分层损伤的复合材料层合板强度预测方法技术

本发明专利技术公开了含制孔分层损伤的复合材料层合板强度预测方法,主要步骤为:建立复合材料层内单元及层间单元的本构模型；使用ABAQUS的VUMAT接口完成复合材料层内单元及层间单元本构模型的编写；建立完整复合材料层合板与带有分层缺陷复合材料层合板的有限元模型；对层合板模型建立边界条件，施加载荷并在ABAQUS中计算得到两种模型在载荷施加位置的载荷

【技术实现步骤摘要】
含制孔分层损伤的复合材料层合板强度预测方法


[0001]本专利技术涉及一种复合材料检测领域的技术，具体涉及一种基于有限元仿真分析的纤维增强复合材料层合板结构的强度预测以及损伤分析方法。

技术介绍

[0002]与金属材料相比，复合材料具有更高得比强度、比模量，且在抗腐蚀、抗疲劳性能上有着显著优势，因此在航空航天领域获得了广泛的应用。对于航空航天结构来说，重量是影响飞行物燃料消耗率的重要因素，大量使用碳纤维增强复合材料可以在不影响结构强度的情况下优化飞行器结构重量。有限元仿真作为复合材料的一种重要研究方法，在层合板构件设计与分析中起着非常重要的作用，仿真结果不仅可以为设计提供参考，也可以预测已有结构的强度及损伤形式，节省实验成本。
[0003]然而，碳纤维增强复合材料是一种典型的难加工材料，表现为本身硬度大、强度高、导热性不好。其非均质、各向异性和叠层结构特征等，导致其在加工过程中容易产生纤维撕裂、分层、微裂纹等缺陷。尤其是对于常用的制孔加工，由于工艺水平的限制，钻削的轴向力过大引起的分层，在复合材料层合板制孔过程中很难避免。内部分层缺陷的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含分层损伤的层合板强度与损伤的仿真方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、建立复合材料层内单元的本构模型，包括线性阶段、判断单元损伤起始的损伤准则以及损伤后的非线性阶段，本构模型中应力
‑
应变关系形式为下式(1)：式中,σ1，σ2，σ3代表正3个互相垂直的正应力分量，其中下标1方向为纤维方向，2方向为层合板的层内与纤维垂直方向，3方向为层合板的叠层厚度方向；τ
23
，τ
13
，τ
12
代表正3个互相垂直的剪切应力分量；ε1，ε2，ε3代表正3个互相垂直的剪切应变分量；γ
23
，γ
13
，γ
12
代表3个互相垂直的剪切应变分量；E
ij
为刚度矩阵参数，i，j＝1
‑
6；在根据公式(1)计算应力应变后，采用Hashin准则，根据当前的应力应变值判断复合材料层内单元失效起始；复合材料层合板层内单元损伤发生后采用渐进退化方案折减复合材料的刚度参数，损伤变量计算公式(2)如下：其中L
c
是有限元中的单元的特征长度；X
T
、X
C
分别表示复合材料纤维方向上的拉伸强度及压缩强度；Y
T
、Y
C
分别表示复合材料纤维垂直方向上的拉伸强度及压缩强度；G
ft
，G
fc
分别对应复合材料沿纤维方向拉伸、压缩断裂；G
mt
，G
mc
分别对应复合材料沿纤维横向拉伸、压缩断裂能；分别代表纤维拉伸失效模式下的损伤变量、纤维压缩失效模式下的损伤变量、基质拉伸失效模式下的损伤变量、基质压缩失效模式下的损伤变量；d
ft
、d
fc
、d
mt
、d
mc
分别代表复合材料纤维拉伸失效模式、纤维压缩失效模式、基质拉伸失效、基质压缩失效下的退化系数；E1、E2表示复合材料上的弹性模量；取d
f
为纤维退化系数，d
m
为基质退化系数，将退化系数引入公式(1)，复合材料层内单元损伤后非线性阶段的正应力与正应变关系为：采用经验公式描述公式(1)剪切应力τ
ij
与剪切应变γ
ij
关系，其中i，j＝1，2，3；G

【专利技术属性】
技术研发人员：秦旭达，陈世广，李皓，李士鹏，赵庆，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：