[发明专利]一种基于细观力学退化模型的复合材料结构失效分析方法

权利要求书

1.一种基于细观力学退化模型的复合材料结构失效分析方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A，根据复合材料结构几何参数，建立三维有限元模型，施加边界条件及初始载荷；

步骤B，基于三维有限元模型，进行应力分析，获得复合材料结构各单层的应力分布结果；

步骤C，将复合材料结构各单层内的应力结果带入失效准则，进行材料失效判断；

步骤D，如果材料没有发生失效，则保持材料性能不变，增大施加在有限元模型上的载荷，转入步骤B；

步骤E，如果材料发生失效，进行结构失效判断；

步骤F，如果结构没有失效，根据基于细观力学的材料退化模型进行材料刚度退化，增大施加在有限元模型上的载荷，转入步骤B；

步骤G，如果结构发生失效，计算结束，则此时所施加的载荷即为复合材料结构的失效强度。

2.根据权利要求1所述的一种基于细观力学退化模型的复合材料结构失效分析方法，其特征在于所述步骤F中实现过程为：

（F1）首先按照给定的失效准则判断失效部位材料的失效模式；

（F2）若发生纤维拉伸失效，其退化系数和损伤模量分别为：

d_ft＝c_mE_m/E₁₁

E11d=dftE11]]>

其中E₁₁为复合材料纵向模量，E_m为基体模量，c_m为基体体积含量；

（F3）若发生纤维压缩失效，其退化系数和损伤模量分别为：

E11d=dfcE11]]>

其中S₁₁,S₂₂,S₁₂,S₆₆是单层的正轴柔度矩阵元素，E₁₁为复合材料纵向模量，如图2（c）所示，角度θ随着压缩载荷的增加在0到π/2之间变化，角度满足：

（F4）若发生基体拉伸失效，其退化系数和损伤模量及泊松比分别为：

d_mt＝0

E22d=dmtE22,G12d=dmtG12,G23d=dmtG23,v12d=dmtv12,v23d=dmtv23]]>

其中E₂₂为复合材料横向模量，G₁₂和G₂₃分别为复合材料剪切模量，ν₁₂及ν₂₃分别为复合材料泊松比；

（F5）若发生基体压缩失效，其退化系数和损伤模量及泊松比分别为：

d_mc≈0

E22d=dmcE22,G12d=dmcG12,G23d=dmcG23,v12d=dmcv12,v23d=dmcv23]]>

其中E₂₂为复合材料横向模量，G₁₂和G₂₃分别为复合材料剪切模量，ν₁₂及ν₂₃分别为复合材料泊松比；

（F6）若发生分层拉伸失效，其退化系数和损伤模量及泊松比分别为：

d_dt＝0

E33d=ddtE33,G13d=ddtG13,G23d=ddtG23,v13d=ddtv13,v23d=ddtv23]]>

其中E₃₃为复合材料厚度方向模量，G₁₃和G₂₃分别为复合材料剪切模量，v₁₃及v₂₃分别为复合材料泊松比；

（F7）若发生分层压缩失效，其退化系数和损伤模量及泊松比分别为：

d_dc≈0

E33d=ddcE33,G13d=ddcG13,G23d=ddcG23,v13d=ddcv13,v23d=ddcv23]]>

其中E₃₃为复合材料厚度方向模量，G₁₃和G₂₃分别为复合材料剪切模量，v₁₃及v₂₃分别为复合材料泊松比；

（F8）若发生纤维-基体剪切失效，其退化系数和损伤模量及泊松比分别为：

dfm1=G12dG12=G13dG13,dfm2=G23dG23]]>

G12d=dfm1G12,G13d=dfm1G13,G23d=dfm2G23,v12d=dfm1v12,v13d=dfm1v13,v23d=dfm2v23]]>

其中，G₁₂，G₁₃和G₂₃为复合材料剪切模量，v₁₂，v₁₃及v₂₃分别为复合材料泊松比，和为表达式分别为：

1G12d=1G13d=[(1-cf)+cf(1-cf)]1Gm]]>

1G23d=[(1-cf)+cf(1-cf)]1Gm]]>

其中，c_f为纤维体积含量，G_m为基体剪切模量。