【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料修复设计领域，具体涉及应力分布计算与优化方法。
技术介绍
1、现有的复合材料结构修理方法主要为胶接修理，即对出现增强体损坏的部分进行切割，再通过胶接剂将缺口对应的补丁与结构件粘接为一体。其中斜接方法相较塔接有受偏心力矩影响小、胶接面整体应力小等优点，但目前斜接面采用的都是平面设计，未能充分利用胶层，为减小峰值应力采用的减小斜接角措施也会使得斜接面设计超出加工能力与结构件尺寸的限制，导致补丁占用空间大的问题。另外，目前已有的半解析方法虽然已被证明可以用于二维情况下斜接面应力分布的计算，但其控制方程并不适用于曲面情况，导致曲面胶接依然缺少快速准确的解析计算方法。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，解决传统的复合材料斜接对胶层性能利用程度低、补丁占用空间大的问题，本专利技术提供一种复合材料斜接修复结构的应力分布计算与优化方法。
2、一种复合材料斜接修复结构的应力分布计算与优化方法，包括如下步骤：
3、s1：设被修复层合板的厚度方向为y轴，用于分析的剖面的各层展向为x轴；z轴为垂直于x轴和y轴的坐标轴，输入斜接角拟合点个数、拟合点位置yk、拟合点初始值α(yk)、退火优化上限和斜接面占用的最大横向尺寸xmax，其中yk＝1、2、……，根据y轴上不同位置y的斜接角插值点进行拟合生成斜接角分布α(y)；设置模拟退火算法的初始温度tini、结束温度tend；
4、s2：使用改进半解析方法推导应力分布控制方程；
5、输入
6、所述输入的参数为：输入恒定外载荷大小t0、胶层厚度tc、被修复层合板厚度h、胶层塑性屈服剪应力τplastic、塑性屈服前胶层杨氏模量ec、塑性屈服后胶层杨氏模量ecplas、塑性屈服前剪切模量gc、塑性屈服后gcplas、胶接的两种复合材料a、b在不同位置y上x轴的杨氏模量exa(y)、exb(y)和泊松比μxza(y)、μzxa(y)、μxzb(y)；a为被修复层合板，b复合材料补片，c为胶接层；
7、s2.1：计算y处胶层上的载荷大小t(y)；
8、使用有限差分方法计算t(y)；
9、根据线弹性控制方程p(y)t"(y)+q(y)t′(y)+r(y)t(y)+g(y)＝0计算σv(y)，其中τ(y)由线弹性控制方程推导得到；
10、其中：
11、
12、
13、
14、
15、s2.2：根据步骤s2.1中的σv(y)判断发生局部塑性应变的区域；
16、塑性应变的区域为：von mises塑性屈服判据
17、当von mises塑性屈服判据则认为y处的胶层处在线弹性变形状态，根据线弹性控制方程：
18、p(y)t"(y)+q(y)t′(y)+r(y)t(y)+g(y)＝0
19、其中：
20、
21、
22、
23、
24、当则认为y处胶层发生局部塑性应变，将此y坐标位置加入塑性区域集合，根据局部塑性应变控制方程：
25、pplas(y)t"(y)+qplas(y)t′(y)+rplas(y)t0+gplas(y)＝0
26、其中：
27、
28、
29、
30、
31、其中t(y)代表y处胶层上的载荷大小，τ(y)代表y处胶层的剪应力，ka(y)、kb(y)为刚度分配系数，具体表示为：
32、
33、
34、s3：将步骤s2得到应力分布控制方程，使用计算微分方程数值解的中心差分法改造为有限差分格式：
35、
36、输入边界条件为t(0)＝0、t(h)＝t0，计算得出单步的胶接面应力分布；
37、s4：根据s2中von mises塑性屈服判据判断发生塑性的区域，
38、若上次迭代和本次迭代中塑性区域元素的y值发生变化或塑性区域的元素个数发生变化，则返回到步骤s2.2，并按新的塑性区域设置应力分布控制方程；若塑性区域在连续的三次迭代中均未发生改变，则最终得出载荷分布情况t(y)与剪应力分布情况τ(y)＝sinα(y)cosα(y)t′(y)、胶层正应力分布情况σ(y)＝sin2α(y)t′(y)和von mises等效应力分布情况
39、s5：判断当前退火温度t0是否达到结束温度tend；
40、设置温度衰减系数kt，计算第i次迭代的退火温度t0，t0＝kti-1tini；
41、此时若t0≤tend，则输出此时的插值点和τ(y)；
42、若t0>tend，则执行如下步骤：
43、根据步骤s4计算y轴不同位置的剪应力τ(y)，取剪应力中的最大值，若本次迭代剪应力的最大值小于等于上一次迭代的剪应力最大值，则在步骤s4中采用的斜接角分布的基础上进行扰动计算；
44、若本次迭代剪应力的最大值高于上一次迭代的剪应力最大值，则在0到1之间取随机数，若随机数小于等于则取本次迭代插值α(yk)；若随机数大于则取上次迭代插值α(yk)；
45、s6：更新随机插值点的退火优化下限；
46、退火优化下限的计算公式为：
47、
48、其中αmin表示随机选中的插值点α(yk)可取的最小值，f(αmin)表示使用本插值点最小值带入插值拟合所得的斜接角分布，xmax代表设定的最大横向尺寸；
49、使用模拟退火算法优化根据s5中设置退火优化下限和s1中给定的退火优化上限与插值点α(yk)随机优化倾向随机改变插值点，即在插值点基础上加上以av为均值、1为方差限定的随机数，若α(yk)大于等于退火优化上限，则α(yk)取退火优化上限，若α(yk)结果小于退火优化下限，则α(yk)取退火优化下限，即得到新的斜接角分布α(y)，跳转步骤s2.1进行新一轮的迭代。
50、更进一步的，所述步骤s1中拟合生成斜接角分布α(y)的方法为分段零阶拟合法或一阶拟合法或二阶拟合法或三次样条拟合法。
51、更进一步的，所述步骤s3中，计算微分方程数值解还可以采用向前二阶差分法、向后二阶差分法或有限元法。
52、更进一步的，所述步骤s5中扰动计算的方法为：
53、从所有插值点中随机取一插值点α(yk)，令α(yk)加上以av为均值1为方差限定的随机数，若计算后的α(yk)大于等于退火优化上限，则α(yk)取退火优化上限，若计算后的α(yk)结果小于等于退火优化上限，则α(yk)取退火优化下限。
54、更进一步的，所述步骤s5中均值av的计算方法为：
55、
56、其中，τmax为剪应力峰本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合材料斜接修复结构的应力分布计算与优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种复合材料斜接修复结构的应力分布计算与优化方法，其特征在于：所述步骤S1中拟合生成斜接角分布α(y)的方法为分段零阶拟合法或一阶拟合法或二阶拟合法或三次样条拟合法。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料斜接修复结构的应力分布计算与优化方法，其特征在于：所述步骤S3中，计算微分方程数值解还可以采用向前二阶差分法、向后二阶差分法或有限元法。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料斜接修复结构的应力分布计算与优化方法，其特征在于：所述步骤S5中扰动计算的方法为：
【技术特征摘要】
1.一种复合材料斜接修复结构的应力分布计算与优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种复合材料斜接修复结构的应力分布计算与优化方法，其特征在于：所述步骤s1中拟合生成斜接角分布α(y)的方法为分段零阶拟合法或一阶拟合法或二阶拟合法或三次样条拟合法。
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