[发明专利]一种预测层状复合材料层内损伤和层间分层的有限元方法

权利要求书

1.一种预测层状复合材料层内损伤和层间分层的有限元方法，其特征在于，包括下述过程：

一、建立复合材料损伤模型；

二、基于ABAQUS软件实现提出的损伤模型；

所述过程一具体包括下述步骤：

步骤(1)：建立层内损伤模型：

各向异性层内损伤应力-应变本构方程为：σ＝C_d：ε；

其中，σ为应力，ε为应变，C_d(1-d_i(i＝1，2，3)，C)是指各向异性损伤四阶弹性张量，所述C为未损伤的四阶弹性张量，d_i(i＝1，2，3)分别代表纤维断裂、基体开裂和纤维/基体界面分离损伤变量；

步骤(2)：建立层间分层模型：

对于单一模式分层，内聚力损伤模型描述为界面牵引力T_i与位移跳[[u_i]]之间的本构关系：

其中，T_i为界面牵引力，e为自然对数的底数，T_i^c(i＝1，2，3)为最大牵引力，[[u_i]]为位移跳，为损伤变量，[[u_i]]^c(i＝1，2，3)为临界位移跳；

对于混合模式分层，内聚力损伤模型描述为界面牵引力T与位移跳[[u]]之间的本构关系：

其中，T为界面牵引力，e为自然对数的底数，[[u]]为位移跳，[[u]]^c为临界位移跳，t^c为最大牵引力，d^s是对应于混合模式分层的损伤变量；

步骤(3)：求解整体刚度方程：

其中，A代表实体单元和界面单元刚度组装，n_bulk和n_coh分别为实体单元和内聚力单元的数量，K_L为实体单元刚度，K_c为界面单元刚度，Δu为节点位移增量，F_ext为外部节点力；

所述过程二具体包括下述步骤：

步骤(4)：使用FORTRAN语言编写ABAQUS用户子程序数值代码，定义材料参数和内聚界面单元；

使用ABAQUS-UMAT用户材料子程序，定义过程一建立的复合材料损伤模型中的变量，使用ABAQUS-UEL用户单元子程序定义零厚度内聚界面单元；

步骤(5)：在ABAQUS中建立复合材料层合板的有限元模型，单层复合材料层合板采用实体单元，层与层之间的界面采用内聚界面单元；

步骤(6)：根据过程一中建立的复合材料损伤模型，基于ABAQUS-UMAT用户材料子程序模块预测层内损伤演化过程，基于ABAQUS-UEL用户单元子程序模块预测分层过程。