【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于细观力学的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，属于纤维增强复合材料疲劳性能分析计算领域。
技术介绍
1、复合材料具有优异的力学性能、良好的可设计性、结构可整体成型等特点，广泛应用于航空航天领域，但复合材料层合结构对冲击敏感，受冲击后的复材结构会出目视不可见的内部缺陷或裂纹，研究表明，受冲击后的层压复合材料板压缩强度相比无损结构将降低40％-60％。这将大大降低飞行器安全性、损伤容限水平和使用寿命。因此，发展含冲击损伤的复合材料结构高精度疲劳寿命预测方法对于结构的损伤容限设计、维护维修策略制定等具有重要价值。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于细观力学的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法。
2、本专利技术的技术解决方案是：
3、一种基于细观力学的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，包括：
4、采用基于细观力学的桥联模型，以纤维和基体的力学参数进行复合材料层合结构的横观各向同性力学属性预测；
5、基于复合材料层合结构的有限元模型，将力学属性赋值于有限元模型，进行冲击过程的显式动力学仿真，得到各单元的应力分布，依据hashin失效准则，得到各单元中的纤维拉伸及压缩损伤因子、基体拉伸及压缩损伤因子，基于上述因子确定各单元是否达到破坏标准，并将上述因子代入至有限元模型；
6、在有限元模型中删除达到破坏标准的各单元，对得到的疲劳分析有限元模型施加恒幅载荷，以静力
7、若执行次数达到设定最大次数且纤维损伤都未扩展到横截面边缘，则认为复合材料结构具有无限寿命；若纤维损伤扩展到结构边缘，则将执行总步数作为复合材料结构的疲劳寿命值。
8、优选的，基于复合材料性能突降模型执行一次疲劳失效判断及失效折减，包括：
9、根据当前疲劳分析有限元模型，基于复合材料性能突降模型，进行不同类型的疲劳失效判断，若失效则进行相应的失效折减：
10、1)若单元的纵向应力σ11＞0，判断纤维拉伸疲劳是否失效：
11、
12、式中，xk(n,σ,r)、yk(n,σ,r)、zk(n,σ,r)、sij(n,σ,r)分别为第n个疲劳加载时单层复合材料三个主方向剩余强度，当拉伸时，k为t，当压缩时，k为c，σ为应力，r为应力比；s12(n,σ,r)、s13(n,σ,r)和s23(n,σ,r)分别为剪切疲劳载荷下，单层板的剪切强度；
13、如满足上式，则认定纤维发生拉伸失效；
14、2)若单元的纵向应力σ11＜0，判断纤维压缩疲劳是否失效：
15、
16、如满足上式，则认定纤维发生压缩失效；
17、如不满足，则继续判断纤维-基体剪切疲劳是否失效：
18、
19、如满足上式，则认定纤维-基体剪切失效；
20、3)若单元的横向应力σ22＞0，判断基体拉伸疲劳是否失效：
21、
22、如满足上式，则认定基体发生拉伸破坏；
23、若单元的横向应力σ22＜0，判断基体压缩疲劳是否失效：
24、
25、如满足上式，则认定基体发生压缩破坏；
26、4)若单元的法向应力σ33＞0，判断层间拉伸疲劳是否失效：
27、
28、如满足上式，则认定层间发生拉伸失效；
29、若单元的法向应力σ33＜0，判断层间压缩疲劳是否失效：
30、
31、如满足上式，则认定层间发生压缩失效。
32、优选的，进行不同类型的疲劳失效判断，若失效则进行相应的失效折减，失效折减的方法为：
33、若认定纤维发生拉伸或压缩失效，则单元完全失去承载能力，将单元所有刚度和强度参数进行折减：刚度参数中，纵向模量e11、横向模量e22、法向模量e33、纵向剪切模量g12、法向剪切模量g23、横向剪切模量g13、纵向泊松比ν12、法向泊松比ν23、横向泊松比ν13折减为0，强度参数中，纵向拉伸强度xt、横向拉伸强度yt、法向拉伸强度zt、纵向压缩强度xc、横向压缩强度yc、法向压缩强度zc、纵向剪切强度s12、横向剪切强度s13、法向剪切强度s23折减为0；
34、若认定基体发生拉伸或压缩破坏，则单元的刚度和强度进行折减：刚度参数仅e22、ν12、ν23退化到0，拉伸时将强度参数yt退化为0，压缩时强度参数yc退化为0；
35、若认定层间发生拉伸或压缩失效，则单元的刚度和强度进行折减：刚度参数仅e33、ν13、ν23退化到0，层间拉伸失效时强度参数zt退化为0，层间压缩时参数zc退化为0；
36、若认定纤维-基体剪切失效时，则单元的刚度和强度进行折减：刚度参数g12、ν12折减为0，强度参数s12折减为0。
37、优选的，依据hashin失效准则，得到各单元中的纤维拉伸及压缩损伤因子、基体拉伸及压缩损伤因子，包括：
38、当σ11≥0
39、当σ11＜0
40、当σ22+σ33≥0
41、当σ22+σ33＜0
42、其中，σ11、σ22、σ33分别为单元三个主方向的应力，σ12、σ13、σ23分别单元各方向的剪应力；xt、yt、xc、yc、s12、s13、s23分别为单元的纵向拉伸强度、横向拉伸强度、纵向压缩强度、横向压缩强度、纵向剪切强度、横向剪切强度、法向剪切强度；分别为纤维拉伸及压缩损伤因子、基体拉伸及压缩损伤因子。
43、优选的，根据各单元中的纤维拉伸及压缩损伤因子、基体拉伸及压缩损伤因子，确定各单元是否达到破坏标准，具体判断标准为：若纤维拉伸损伤因子或压缩损伤因子等于1，则认定整个单元达到破坏标准；否则，认定整个单元未达到破坏标准。
44、优选的，在有限元模型中删除达到破坏标准的各单元，对于纤维未破坏但基体破坏的单元，将横向模量e22、纵向泊松比ν12、法向泊松比ν23退化到0，形成疲劳分析有限元模型。
45、优选的，基于复合材料性能渐降模型进行强度、刚度的退化计算，包括：
46、
47、
48、式中，e(0)指单向板初始刚度，σ0指单向板初始强度，a1、a2、b1、b2、c1、c2为六个拟合系数；nf为单层板在最大疲劳应力水平σ及应力比r下的疲劳寿命。
49、优选的，nf通过等寿命疲劳模型得到：
50、
51、式中，u为与对数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于细观力学的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，基于复合材料性能突降模型执行一次疲劳失效判断及失效折减，包括：
3.根据权利要求2所述的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，进行不同类型的疲劳失效判断，若失效则进行相应的失效折减，失效折减的方法为：
4.根据权利要求1所述的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，依据Hashin失效准则，得到各单元中的纤维拉伸及压缩损伤因子、基体拉伸及压缩损伤因子，包括：
5.根据权利要求1所述的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，根据各单元中的纤维拉伸及压缩损伤因子、基体拉伸及压缩损伤因子，确定各单元是否达到破坏标准，具体判断标准为：若纤维拉伸损伤因子或压缩损伤因子等于1，则认定整个单元达到破坏标准；否则，认定整个单元未达到破坏标准。
6.根据权利要求1所述的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，在有限元模型中删除达到破坏标准的各单元
7.根据权利要求1所述的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，基于复合材料性能渐降模型进行强度、刚度的退化计算，包括：
8.根据权利要求7所述的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，Nf通过等寿命疲劳模型得到：
9.根据权利要求1所述的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，采用基于细观力学的桥联模型，以纤维和基体的力学参数进行复合材料层合结构的横观各向同性力学属性预测，包括：
10.根据权利要求1所述的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，损伤扩展到结构边缘的判定方式为：如复合材料结构任一角度铺层的纤维断裂损伤扩展到整个板宽时，则认为结构发生疲劳破坏。
...【技术特征摘要】
1.一种基于细观力学的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，基于复合材料性能突降模型执行一次疲劳失效判断及失效折减，包括：
3.根据权利要求2所述的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，进行不同类型的疲劳失效判断，若失效则进行相应的失效折减，失效折减的方法为：
4.根据权利要求1所述的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，依据hashin失效准则，得到各单元中的纤维拉伸及压缩损伤因子、基体拉伸及压缩损伤因子，包括：
5.根据权利要求1所述的复合材料结构受冲击后疲劳寿命预测方法，其特征在于，根据各单元中的纤维拉伸及压缩损伤因子、基体拉伸及压缩损伤因子，确定各单元是否达到破坏标准，具体判断标准为：若纤维拉伸损伤因子或压缩损伤因子等于1，则认定整个单元达到破坏标准；否则，认定整个单元未达到破坏标准。
6....
【专利技术属性】
技术研发人员：李克诚，肖凯，尹进，姚宇地，吴迪，顾春辉，刘赛，苏玲，王月，刘维玮，郭爱民，崔占东，许健，熊艳丽，唐青春，吴迪，施博洋，宋春雨，陈誉仁，胡玉龙，
申请(专利权)人：北京宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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