[发明专利]一种纤维增强复合材料动态剪切本构模型的构建方法

权利要求书

1.一种纤维增强复合材料动态剪切本构模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)完成纤维增强复合材料在多种应变率加载工况下的剪切试验，得到各个工况下的载荷-位移曲线；首先采用圆柱形复合材料试件，进行准静态剪切试验、多种应变率下的动态剪切实验，其中准静态剪切试验在万能试验机上完成，动态剪切实验在落锤冲击动态试验系统上完成，然后在实验过程中记录载荷-位移曲线；

2)采用Weibull损伤模型与粘弹性模型相结合推导出含Weibull损伤分布的待拟合载荷-位移关系；采用Weibull损伤分布表征复合材料在加载过程中损伤演化过程，粘弹性模型表征复合材料在动态加载工况下表现出来的应变率硬化效应；将损伤模型与粘弹性模型相结合用于表征复合材料在动态剪切加载下的载荷-位移关系，应变率强化因子k_d、损伤累积量D和载荷-位移关系分别表示如下：

式中：F为剪切载荷；x为剪切加载位移；e为自然常数；γ为应变率，其值为到达极限强度前的平均应变率；参数a、b、k₁和k₂均为待拟合量，其中参数b和k₁是与应变率γ相关的参数；

3)根据步骤1中得到的载荷-位移曲线即试验曲线和步骤2中得到的载荷-位移关系即理论曲线构建多曲线最小二乘目标函数；其中试验曲线与理论曲线构建的多曲线最小二乘目标函数可表示为：

式中：为第i个加载速率下载荷-位移曲线的载荷均值，m为待拟合载荷-位移曲线的条数；

其中E_i为第i个加载速率下载荷-位移曲线实验值与拟合值之间的加权残差平方和，表示为：

式中：和F_i(k)分别为第i个试验实测载荷值和对应的拟合载荷值；

4)采用遗传算法得到待拟合参数的初值，并通过信赖域方法在获得的参数初值附近开始搜索，最终得到高精度参数值和确定的含Weibull损伤分布的载荷-位移关系；

5)根据载荷与应力关系、位移与应变关系以及步骤4中得到的载荷-位移关系推导出含Weibull损伤分布的复合材料动态剪切本构模型；其中载荷与应力关系、位移与应变之间的函数关系表示如下：

式中：τ为剪切应力；P为剪切载荷；d为销钉剪切面平均直径；

式中：γ为剪切应变；x为剪切加载位移；δ为剪切带宽度。

2.根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料动态剪切本构模型的构建方法，其特征在于，所述步骤2中的粘弹性模型采用标准线性固体粘弹性模型。