[发明专利]一种针对复合材料层合板的非概率可靠度计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料层合板的非概率可靠度计算研究，特别涉及考虑层合板力学性能参数的不确定性和子区间不确定传播分析方法的层合板首层失效强度分布信息的确定，包括各子区间下失效强度的上界和下界，进而准确有效地计算复合材料层合板的非概率可靠度，亦为层合板基于非概率可靠度的结构优化设计奠定了理论基础。

背景技术

复合材料层合板结构由于具有比强度大、比刚度高、疲劳性能好及优异的可设计性，被广泛地应用于航空航天领域。这些结构工作在比较特殊且要求严格的环境下，从安全角度出发，结构需要具有较高的可靠度。此外，复合材料层合板的强度行为总是受组分材料、界面性质、层合结构、载荷、环境等多种因素的影响和制约，不可避免地包含许多不确定因素，这些因素将对复合材料的强度预测带来一定的难度。因此，合理构建复合材料层合板力学性能分散性的有效表征，发展精确的强度预测理论和方法，并对复合材料结构的可靠性和安全性进行有效量化，是复合材料工作者必须面临的重要课题，具有强大的工程实际意义。

对于复合材料层合板结构可靠性的研究，人们做了大量的工作。然而需要指出的是，现有的复合材料层合结构可靠性计算方法大多数是基于概率思想的，即认为不确定力学参数是服从某种分布的随机变量，而这些分布特征参数的确定往往需要大量的实验数据或信息。对于复合材料而言，往往是无法满足的。此外，少量的非概率可靠性分析方法总是通过人为假定其分布范围，即上界和下界，这在很大程度上无法保证该方法的合理使用和可信度。并且大多数非概率不确定分析方法会造成区间扩张现象，这对非概率可靠性的计算造成了很大的误差或错误。因此，如何基于有限可利用的复合材料试验数据，挖掘出可表征力学参数的不确定分布特征参数，进而对其力学响应进行准确有效的预测和评估，最终实现复合材料层合结构的可靠性精确计算，已成为航天航空领域结构设计中一项具有重要理论研究意义和工程适用价值的内容。

为了有效评估复合材料层合板的承载性能和可靠度，考虑不确定力学性能参数的本质存在，利用有效的、可利用的复合材料力学性能试验数据，借助非统计度量方法对不确定力学性能参数进行合理度量，进而利用子区间不确定传播分析基于首层失效破坏理论给出层合板的首层失效强度的分布特征，最终基于非概率可靠度计算公式，实现层合结构的非概率可靠度合理计算，是一种简单有效地层合板结构可靠度精确预测方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于非概率可靠度计算公式，考虑复合材料层合板的不确定力学参数存在的影响，将不确定力学参数区间划分为若干子区间，利用顶点法模拟方法计算简单方便的特点，针对航空航天工程中复合材料层合板结构的首层强度精确预测和可靠度计算问题，提供一种合理、简单有效的针对复合材料层合板的非概率可靠度计算方法。

本发明充分考虑实际工程复合材料层合板结构力学参数中不可避免地不确定性，以首层破坏失效为理论基础，利用非概率度量方法对力学性能试验数据合理有效度量，将所得参数区间划分为若干子区间，求解层合板应力及首层失效强度的不确定分布，进而利用非概率可靠度计算公式，实现层合板非概率可靠度的准确有效计算。所得结果不仅可以达到一定的精度和可信度，而且计算方便，便于研究设计人员理解和接受。本发明采用的技术方案实现步骤如下：