[发明专利]基于有限断裂力学模型预测复合材料连接拉伸强度的方法

权利要求书

1.一种基于有限断裂力学模型预测复合材料连接拉伸强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：对碳纤维复合材料多钉连接结构进行钉载分配确定关键孔的位置；

步骤二：确定关键孔满足失效的有限断裂力学模型公式；

步骤三：确定层合板中某一单层的有限裂纹的长度，即特征长度L；

步骤四：确定相应层的的断裂韧性

步骤五：确定任意层铺层比例层合板的断裂韧性K_tc；

步骤六：根据所建立的特征长度和断裂韧性耦合失效准则的有限断裂力学模型预测碳纤维复合材料多钉连接的拉伸强度。

2.根据权利要求1所述的一种基于有限断裂力学模型预测复合材料连接拉伸强度的方法，其特征在于：所述步骤一中，对碳纤维复合材料多钉连接结构进行钉载分配确定关键孔位置的实现过程为：

(1)利用刚度法对碳纤维复合材料多钉连接结构进行钉载分配分析，得到各个钉孔所承受的载荷比，其中受载比最大的即为关键孔。

3.根据权利要求1所述的一种基于有限断裂力学模型预测复合材料连接拉伸强度的方法，其特征在于：所述步骤二中，确定关键孔满足失效的有限断裂力学失效准则为：

(1)基于应力的失效准则为：

(2)基于能量的失效准则为：

式中：为碳纤维复合材料无缺口层合板的拉伸强度；K_I为碳纤维复合材料层合板I型断裂韧性；a为裂纹长度；L为发生失效时裂纹扩展的长度。

4.根据权利要求1所述的一种基于有限断裂力学模型预测复合材料连接拉伸强度的方法，其特征在于：所述步骤三中，确定层合板中某一单层的有限裂纹的长度，即特征长度L的实现过程为：

(1)首先确定沿Y轴的应力分布情况；

(2)在确定螺栓孔板两侧发生裂纹时的形状函数；

(3)最后得到L的非线性方程。

5.根据权利要求1所述的一种基于有限断裂力学模型预测复合材料连接拉伸强度的方法，其特征在于：所述步骤四中，确定相应层的的断裂韧性的实现过程为：

(1)先假定对特定的碳纤维复合材料某一铺层断裂韧性是一个常值；

(2)在通过线弹性断裂力学的方法计算得到。

6.根据权利要求1所述的一种基于有限断裂力学模型预测复合材料连接拉伸强度的方法，其特征在于：所述步骤五中，确定任意层铺层比例层合板的断裂韧性K_tc的实现过程为：

(1)确定碳纤维复合材料子铺层的断裂韧性和某一铺层的断裂韧性的关系；

(2)通过子铺层的断裂韧性得到整个层合板的断裂韧性。

7.根据权利要求1所述的一种基于有限断裂力学模型预测复合材料连接拉伸强度的方法，其特征在于：所述步骤六中，根据所建立的特征长度和断裂韧性耦合失效准则的有限断裂力学模型预测碳纤维复合材料多钉连接的拉伸强度的实现过程为：

(1)将得到的裂纹特征长度L和断裂韧性K_tc带入有限断裂力学模型中；

(2)若满足失效条件则碳纤维复合材料螺栓连接孔最终失效。