【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料，尤其涉及一种考虑低速冲击性能的飞行器复合材料结构设计方法。
技术介绍
1、与金属材料相比，复合材料具有重量轻、比强度高、比刚度高等特点，目前在多个领域得到了广泛应用。不幸的是，复合材料层压板极易受到意外低速撞击事件的损坏，如冰雹、碎片和掉落的工具。这些事件往往夹杂着面内冲击与面外边缘冲击，低速冲击损伤通常不会在冲击表面留下明显的痕迹，但会造成严重的内部损伤，从而大大降低材料的力学性能，造成不可估量的损伤，复合材料层合板的冲击敏感性限制了其应用。因此，对复合材料层合板在低速冲击作用下的破坏机理进行研究是十分必要的。
2、复合材料层合板在面内冲击作用下的典型损伤可分为纤维断裂、基体开裂和分层。虽然边缘冲击损伤与面内冲击损伤相似，均表现为纤维断裂、基体开裂和脱层，但边缘冲击损伤具有面外半椭圆形损伤区、楔形效应和沿长度方向的多重基体裂纹等明显特征。此外，与面内冲击相比，面外边缘冲击试验的力学响应与渐进破碎试验更为相似。通常，在边缘碰撞开始时通常观察到峰值载荷，随后是一个以近似恒定力为特征的渐进阶段。值得注意的是，在相同的冲击能量下，面外边缘冲击比面内冲击和近边缘冲击检测到更大的损伤区域。这主要是由于受边缘冲击的层压板的载荷高度局限于冲击器下方的区域，它诱导边缘冲击所需的能量较低，以达到几乎不可见的冲击损伤。大量的研究通常集中在远离边缘的正常面内中心冲击上，无论是实验还是数值上，并且破坏机制都已经非常完善，而边缘冲击案例没有得到足够的重视，关于综合分析以及增强设计的方法更是缺乏。
3、因此，
技术实现思路
1、本专利技术公开了一种考虑低速冲击性能的飞行器复合材料结构设计方法，面向服役维修等期间复合材料层合板结构抗低速冲击设计方法，复合材料层合板结构在服役、维修等期间极易受到低速冲击，如冰雹、落锤等，在这些低速冲击事件中可分面内低速冲击和边缘低速冲击，通过准确地模拟层合板结构的面内冲击和边缘冲击，可以有效进行全方位层合板结构抗低速冲击的设计和降低成本，其可以有效解决
技术介绍
中涉及的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
3、一种考虑低速冲击性能的飞行器复合材料结构设计方法，包括以下步骤：
4、步骤一：根据实际工况建立有限元模型；
5、步骤二：赋予有限元模型材料属性；
6、步骤三：对有限元模型进行网格划分；
7、步骤四：根据实际工况对有限元模型的边界条件进行设置；
8、步骤五：构建面内冲击损伤模型和面外冲击损伤模型；
9、步骤六：得到并整合仿真结果；
10、步骤七：将所有的冲击响应和失效模型进行对比分析；
11、步骤八：参考耐冲击结构，综合考虑面内抗低速冲击性能与面外抗低速冲击性能，进行结构加强设计；
12、步骤九：将设计的新结构再进行步骤五-步骤七；
13、步骤十：将具有强化效果的结构进行增强机理分析；
14、步骤十一：根据增强机理分析，综合考虑面内抗低速冲击性能与面外抗低速冲击性能，优化结构参数，重复步骤八至步骤十进行优化迭代，最终得到最优设计。
15、一种面向服役维修等期间复合材料层合板结构抗低速冲击设计方法，复合材料层合板结构在服役、维修等过程中极易受到低速冲击，如冰雹、落锤等，在这些低速冲击事件中可分面内低速冲击和边缘低速冲击。通过准确地模拟层合板结构的面内冲击和边缘冲击，可以有效进行全方位层合板结构抗低速冲击的设计和降低成本。低速冲击的速率范围一般为1~10m/s，具体值取决于受冲材料的刚度、组分性能和冲头质量、刚度等，所述复合材料层合板结构多块单层板层叠粘合形成的层合板结构。基于本专利技术的设计方法，可以准确地、有效地、经济地全方位研究复合材料层合板结构在低速冲击载荷下的损伤，从而进行结构设计。
16、作为本专利技术的一种优选改进：所述步骤八中，耐冲击结构包括生物耐冲击结构。
17、作为本专利技术的一种优选改进：所述面内冲击损伤模型如下，纤维和基体的破坏模式主要分为5种破坏模式，分别是纤维受拉断裂、纤维受压缩屈曲和扭结、横向拉伸作用下基体开裂、横向压缩作用下基体破碎、面内剪切破坏，所对应的损伤准则如下：
18、纤维拉伸断裂： （1）；
19、纤维压缩屈曲和扭结： （2）；
20、基体拉伸开裂： （3）；
21、基体压缩破碎： （4）；
22、面内剪切破坏： （5）；
23、式中，、和为有效应力张量，、、、和分别为纤维拉伸强度、纤维压缩强度、基体拉伸强度、基体压缩强度、12方向的剪切强度；fft为纵向拉伸失效因子，ffc为纵向压缩失效因子，fmt为横向拉伸失效因子，fmc为横向压缩失效因子，fs为面内剪切失效因子。
24、作为本专利技术的一种优选改进：所述面外冲击损伤模型如下，复合材料受到低速冲击时，具体破坏准则如下：
25、纤维拉伸断裂()： （26）；
26、纤维压缩破坏()： （27）；
27、基体开裂()：（28）；
28、基体挤压()：
29、（29）；
30、式中(i,j=1,2,3,s)为应力分量，1为纤维方向，2为基体方向，3为面外法向方向，s为12剪切方向，x13、x23分别为13、23方向的剪切强度，只要单元的应力状态满足方程，就会出现相应的破坏模式，之后便开始材料折损。
31、作为本专利技术的一种优选改进：所述复合材料为多块单层板层叠粘合形成的层合板结构，相邻的单层板之间通过粘接界面粘合，所述粘接界面由下述步骤制成：
32、s1、将纤维布按预设的铺设角进行铺层，每铺上一层涂一层树脂与固化剂的混合物；
33、s2、对上、下模具板涂抹脱模剂，待脱模剂干了后将铺设好的纤维布放置于模具之间；
34、s3、对模具中的纤维布进行热压固化；
35、s4、开模。
36、作为本专利技术的一种优选改进：所述低速冲击的速率范围一般为1~10m/s，具体值取决于受冲材料的刚度和组分性能，以及冲头的质量和刚度。
37、本专利技术的有益效果如下：
38、1、本专利技术提供了一套失效准则和相对应的损伤演化准则，其中包括面内冲击损伤模型与面外冲击损伤模型，所建立的有限元模型能够准确捕捉各种冲击载荷作用下层合板结构的失效模式和载荷响应，为分析和理解损伤机理提供重要数据；
39、2、本专利技术提供了一套完整的面向服役维修等期间复合材料层合板抗低速冲击设计方法，基于上述的损伤模型，得到损本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑低速冲击性能的飞行器复合材料结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑低速冲击性能的飞行器复合材料结构设计方法，其特征在于：所述步骤八中，耐冲击结构包括生物耐冲击结构。
3.根据权利要求1所述的一种考虑低速冲击性能的飞行器复合材料结构设计方法，其特征在于：所述面内冲击损伤模型如下，纤维和基体的破坏模式主要分为5种破坏模式，分别是纤维受拉断裂、纤维受压缩屈曲和扭结、横向拉伸作用下基体开裂、横向压缩作用下基体破碎、面内剪切破坏，所对应的损伤准则如下：
4.根据权利要求3所述的一种考虑低速冲击性能的飞行器复合材料结构设计方法，其特征在于：所述面外冲击损伤模型如下，复合材料受到低速冲击时，具体破坏准则如下：
5.根据权利要求1所述的一种考虑低速冲击性能的飞行器复合材料结构设计方法，其特征在于：所述复合材料为多块单层板层叠粘合形成的层合板结构，相邻的单层板之间通过粘接界面粘合，所述粘接界面由下述步骤制成：
6.根据权利要求1所述的一种考虑低速冲击性能的飞行器复合材料结构设计方法，其特征在
...【技术特征摘要】
1.一种考虑低速冲击性能的飞行器复合材料结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑低速冲击性能的飞行器复合材料结构设计方法，其特征在于：所述步骤八中，耐冲击结构包括生物耐冲击结构。
3.根据权利要求1所述的一种考虑低速冲击性能的飞行器复合材料结构设计方法，其特征在于：所述面内冲击损伤模型如下，纤维和基体的破坏模式主要分为5种破坏模式，分别是纤维受拉断裂、纤维受压缩屈曲和扭结、横向拉伸作用下基体开裂、横向压缩作用下基体破碎、面内剪切破坏，所对应的损伤准则如下：
4.根据权利要求3所...
【专利技术属性】
技术研发人员：任毅如，邓亚斌，杨宏源，金其多，黎理知，孟子皓，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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