[发明专利]低速冲击下复合材料层合板渐进失效的多尺度预测方法

说明书

本发明涉及复合材料层合板损伤预测领域，旨在提供一种低速冲击下复合材料层合板渐进失效的多尺度预测方法。该方法包括：建立含冲锤、复合材料层合板以及支撑板的低速冲击有限元模型；基于微观力学建立复合材料多尺度预测；基于多尺度方法求解低速冲击载荷下复合材料层合板应力、应变和损伤；对低速冲击进行计算，进一步获得冲击力、位移、速度和加速度。本发明从微观角度出发预测宏观渐进失效行为，相比于基于复合材料宏观力学理论的研究方法，本发明考虑微观纤维和基体力学性能差异对复合材料层合板宏观力学性能的影响，更本质且较为准确的预测复合材料层合板在低速冲击载荷下的渐进失效行为。

技术领域

本发明是关于复合材料层合板损伤预测领域，特别涉及低速冲击下复合材料层合板渐进失效的多尺度预测方法。

背景技术

当前，复合材料层合板正广泛应用于航空航天、风力发电、汽车等高新技术领域。但是低速冲击损伤对复合材料层合板的强度、刚度及剩余性能都有较大的影响，因此必须清楚的了解在低速冲击下复合材料层合板的渐进失效过程。

现有的国内外复合材料层合板低速冲击研究基本都是基于宏观失效准则(比如Hashin、Puck和Phiho失效准则等)来识别复杂的复合材料损伤模式。尽管上述宏观失效准则通过假定复合材料为均一化的材料实现复合材料损伤的预测，但都是基于复合材料宏观力学理论，并不考虑微观纤维和基体力学性能差异的影响，而微观纤维和基体性能直接与复合材料宏观力学响应密切相关，因此低速冲击载荷下复合材料层合板损伤机制的研究需要从微观角度出发预测宏观渐进失效行为。目前能较为准确的预测低速冲击下复合材料层合板渐进失效的多尺度方法很少，因此提出一种低速冲击下复合材料层合板渐进失效的多尺度预测方法尤为重要。

复合材料层合板强度计算分析一般可采用通用的有限元软件ABAQUS进行，但是通过ABAQUS软件自带的模块仅可以基于二维HASHIN宏观失效准则对复合材料层合板进行低速冲击下的渐进失效研究，但无法直接采用多尺度方法预测低速冲击下复合材料层合板的渐进失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种低速冲击下复合材料层合板渐进失效的多尺度预测方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种低速冲击下复合材料层合板渐进失效的多尺度预测方法，包括下述过程：

过程一、建立含冲锤、复合材料层合板以及支撑板的低速冲击有限元模型；

过程二、基于微观力学建立复合材料多尺度预测方法；

过程三、基于多尺度方法求解低速冲击载荷下复合材料层合板应力、应变和损伤；

过程四、对低速冲击进行计算，进一步获得冲击力、位移、速度和加速度；

所述过程一中包括：基于通用的有限元软件ABAQUS建立冲锤、复合材料层合板、支撑板部件；分别设置材料属性和划分网格，再用ABAQUS自带的ASSEMBLY模块对其组装之后设置分析步和通用接触属性；

所述过程二具体包括下述四个步骤：

步骤(1)：建立微观应力和宏观应力的对应关系，求取应力放大系数分量

(a)微观应力和宏观应力的对应关系；

其中，M_σ为应力放大系数，M_ij(i,j＝1,2,3,4,5,6)为应力放大系数的分量，σ为微观应力，为宏观应力；σ_i(i＝1,2,3)为三个正方向的微观应力，σ_i(i＝12,23,13)为三个剪切方向的微观应力；为三个正方向的宏观应力，为三个剪切方向的宏观应力；

(b)获取应力放大系数分量；