一种基于锯齿效应的复合材料层合板层间应力预测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于锯齿效应的复合材料层合板层间应力预测方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于锯齿效应的复合材料层合板层间应力预测方法、装置、介质及设备


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体涉及一种基于锯齿效应的复合材料层合板层间应力预测方法
、
装置
、
介质及设备
。

技术介绍

[0002]复合材料具有轻质
、
高强度
、
耐腐蚀及优越的可设计性能等特点，随着复合材料制造工艺及材料各项性能的提高，复合材料结构在航空航天
、
海洋和汽车等诸多工程领域有着广泛的应用
。
先进复合材料在飞机制造中的应用不仅能大幅度的减轻飞机重量，还可以提升飞机的气动弹性性能，因此先进复合材料在飞机上的使用量也在逐渐增加
。
复合材料层合结构相比于传统结构，由于层间性质的显著差异，其力学行为更加复杂，如果相关力学问题没有解决，容易导致结构破坏失效
。
[0003]由于各向异性和呈层性，复合材料层合结构胶接处强度较弱，如果相关力学问题没有得到解决，容易发生层间损伤和脱层破坏，层间应力是复合材料层合结构初始本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于锯齿效应的复合材料层合板层间应力预测方法，其特征在于：具体包括：
S1
：在三节位移场中引入锯齿效应，将三阶剪切变形理论与局部锯齿函数相结合，建立考虑锯齿效应的精化锯齿理论的初始位移场；
S2
：利用层间应力连续性和自由表面条件，消去步骤
S1
中提供的初始位移场中依赖于层数的位移变量，得到精化锯齿理论的最终位移场；
S3
：利用步骤
S2
中推导的精化锯齿理论的最终位移场，结合三维平衡方程，构建层间应力场的解析表达式；
S4
：利用
Reissner
混合变分原理消去层间应力场中的面内位移二阶导数，重构最终的层间应力场，降低构造单元的难度；
S5
：对步骤
S2
和步骤
S3
中提供的最终位移场和层间应力场进行离散，利用三节点三角形单元推导单元刚度矩阵，得到单元刚度矩阵后进行组装，得到总刚度矩阵，计算结构的层间应力
。2.
根据权利要求1所述的一种基于锯齿效应的复合材料层合板层间应力预测方法，其特征在于：所述步骤
S1
中，为考虑锯齿效应，精化锯齿理论的初始位移场可由三阶理论与局部锯齿函数组成，可写为：上式中角标
k
表示层数，
k
＝1～
N
；
u0和
v0分别表示面内刚体位移，
w0表示横向位移，
u1和
v1表示转角，
u2、u3、v2和
v3表示高阶项，
φ
k
、
ψ
k
表示锯齿函数；所述锯齿函数
φ
k
、
ψ
k
具体的表达式如下：其中和表示线性插值函数，可写为：其中，局部坐标
ζ
k
＝
(2z
‑
z
k+1
‑
z
k
)/(z
k+1
‑
z
k
)
；和表示层间界面位移函数，需要注意的是和是依赖于坐标
x
和
y
的函数，这一性质能使初始位移场更好的模拟锯齿效应；此外，和这两个条件被应用在初始位移场中
。3.
根据权利要求1所述的一种基于锯齿效应的复合材料层合板层间应力预测方法，其特征在于：所述步骤
S2
中，层间应力连续条件写为：
上述层间应力连续条件中包含
2(N
‑
1)
个条件，另外4个条件由层间应力的自由表面条件提供，所述自由表面条件写为：综上，将步骤
S1
中的初始位移场代入层间应力连续条件与自由表面条件中，一共提供了
2(N+1)
个条件，组成
2(N+1)
个线性方程：个线性方程：系数矩阵
A
u
、B
u
、A
v
和
B
v
可写为：可写为：可写为：可写为：其中，和表示剪切弹性模量，
a
i
＝
2/(z
i+1
‑
z
i
)
，
i
＝1～
N
；根据公式
(6)
变形可得如下方程：
将公式
(12)
带入初始位移场可得精化锯齿理论的最终位移场，可写为：其中系数和可写为：当
k
＝1时当
k
＝2～
N
‑1时当
k
＝
N
时
4.
根据权利要求1所述的一种基于锯齿效应的复合材料层合板层间应力预测方法，其特征在于：所述步骤
S3
中，根据精化锯齿理论的最终位移场，复合材料层合板的应变可写为：其中，
对于线弹性材料，复合材料层合板的本构方程可写为：其中表示第
k
层偏轴弹性模量
。5.
根据权利要求1所述的一种基于锯齿效应的复合材料层合板层间应力预测方法，其特征在于：所述步骤
S3
中，三维平衡方程写为：利用限制条件和三维平衡方程可写为：将复合材料层合板的应变和本构方程带入公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：金麒麟，陈斌斌，冷龙龙，刘永状，胡嘉琪，马永康，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：