基于近场动力学对冰雹冲击飞机复合材料层合板的建模方法技术

本发明专利技术涉及一种基于近场动力学对冰雹冲击飞机复合材料层合板的建模方法,属于近场动力学和冲击问题领域。基于近场动力学理论，引入了纤维键、基体键、层间法向键和层间剪切键四种键模拟冲击过程中的破坏，基于双材料界面模型，建立可以描述不同材料冲击作用的键常数表达式。建立了近场动力学模型，并且用数值分析方法考虑了复合材料层合板的损伤演化规律和动态力学性能，揭示了在冰雹的高速冲击下复合材料层合板结构受力时的破坏机理及影响因素。

【技术实现步骤摘要】
基于近场动力学对冰雹冲击飞机复合材料层合板的建模方法
本专利技术属于近场动力学和冲击问题领域，具体涉及一种基于近场动力学键基理论对冰雹冲击飞机复合材料层合板结构损伤行为的研究。
技术介绍
复合材料与单一材料相比具有更高的比刚度和比模量，在强度刚度、抗疲劳及可设计性等方面具有显著优势被广泛应用于工程结构之中，尤其在航空航天领域。在服役阶段，飞机上的复合材料结构比如说机翼前缘和雷达罩等，通常可能会受到冰雹的高速冲击而损伤。为了保证和提高飞机复合材料层合板结构的设计性和使用安全性，研究冰雹冲击下飞机复合材料结构动态损伤行为就显得尤为重要。针对这类冲击问题，传统的有限元方法无法准确地模拟冰雹冲击过程中大尺度变形，并且无法在不连续处对位移求导，而近场动力学方法能够很好地解决该问题。近场动力学是一种通过求解空间积分微分方程来描述材料力学行为的非局部无网格方法。避免了基于连续性假设建模和求解空间微分方程的传统宏观方法在面临不连续问题时的奇异性，又突破了经典分子动力学方法在计算尺度上的局限，在宏/微观不连续力学问题分析中均表现出很高的求解精度和效率。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于近场动力学对冰雹冲击飞机复合材料层合板的建模方法，其特征在于步骤如下：/n步骤1：建立冰雹冲击复合材料层合板近场动力学仿真模型，所述的仿真模型包括冰雹和复合材料层合板；仿真模型涉及的参数包括冰雹的直径D、密度ρ

【技术特征摘要】
1.一种基于近场动力学对冰雹冲击飞机复合材料层合板的建模方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：建立冰雹冲击复合材料层合板近场动力学仿真模型，所述的仿真模型包括冰雹和复合材料层合板；仿真模型涉及的参数包括冰雹的直径D、密度ρ1；复合材料层合板的尺寸、材料参数；所述的复合材料层合板的尺寸：长为L、宽为W、厚为C、单层厚度为T；
步骤2：对仿真模型施加边界条件并进行离散化
对复合材料层合板施加边界条件：将复合材料层合板进行四面固支，固支厚度为h；将复合材料层合板均匀离散成体积一样的晶格，即物质点；设定物质点键长Δx，冰雹与复合材料层合板之间初始距离为根据物质点间距d确定层合板模型中物质点的数量：再根据邻域半径δ构建所有物质点的邻域矩阵；赋予冰雹初始冲击速度为v0；
利用冰雹的直径、密度和速度来表征冰雹的动能
步骤3：构造冰雹-层合板键函数及引入四种键
基于双材料界面模型，建立冰-层合板界面键的键常数表达式：



其中：c为界面串联键的键常数，cA为复合材料层合板基体键的键常数，cB为冰雹的键常数，键A和B的长度分别为lA和lB，组合键总长为l＝lA+lB；
引入权函数和表示各键长度与总长的比，以简化上述键常数的表达式：



在层合板模型中，引入四种键来模拟冲击过程中三种破坏形式，所述的四种键为纤维键、基体键、层间法向键和层间剪切键，所述的三种破坏形式为剪切、拉伸和压
缩破坏，并给出了四种键型的临界伸长率：
sft＝Xt/E1(s≥0)
sfc＝Xc/E1(s＜0)
smt＝Yt/E2(s≥0)
smc＝Yc/E2(s＜0)






其中：sft为纤维键在拉伸情况下的临界伸长率，sfc为纤维键在压缩情况下的临界伸长率；smt为基体键在拉伸情况下的临界伸长率，smc为基体键在压缩情况下的临界伸长率；Xt为复合材料在纤维上的拉伸强度；Xc为复合材料在垂直于纤维方向上压缩强度；Yt为复合材料在纤维方向上的拉伸强度；Yc为复合材料在垂直于纤维方向上的压缩强度；s0N为层间法向键的临界伸长率；为层间剪切键的临界剪切角；GIIC＝0.75GIC；在实际计算中可以认为C为板厚度；Em为层间弹性模量；Gm为层间剪切模量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，韩诚，侯欣婷，王新河，武明英，王冬月，张旭，徐夏雨，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61