[发明专利]层间增韧复合材料层合板的仿真方法

说明书

本发明涉及了层间增韧复合材料层合板的仿真方法，涉及复合材料断裂研究领域，该方法包括以下步骤：依据层间增韧复合材料层合板的尺寸参数，使用有限元软件ABAQUS建立层合板仿真计算模型；在层合板计算模型中加入增韧模型；根据层合板材料各组份的力学性能表征，在软件中分别设置材料各项属性；对层间增韧复合材料层合板有限元仿真模型进行计算分析，提取加载点的载荷位移曲线。本发明可以有效的预测层间增韧复合材料层合板的分层损伤行为，为复合材料构件的设计、分析及验证提供了依据。

技术领域

本发明涉及复合材料断裂研究领域，尤其涉及了层间增韧复合材料层合板的仿真方法。

背景技术

复合材料在承力结构中的应用比重越来越大，使得材料承受的应力状态也越来越复杂。分层破坏是复合材料层合板常见的破坏模式之一。因此，对复合材料的分层韧性及其分层断裂模式及理论的研究也越发必要，以保证材料结构在使用中的安全。

对于复合材料分层损伤模式的研究主要集中在纯I型（张开型）、纯II型（滑开型）和I+II混合型的模式分析，I型和II型应力强度因子和能量释放率均得到了较为成熟的研究，I型断裂可根据双悬臂梁（DCB）试验获得，II型断裂可根据端部缺口弯曲（ENF）试验获得，而I+II混合型可根据混合型弯曲（MMB）试验获得，上述应用于复合材料单向层合板的试验方法（ASTM D5528，ASTM D7905/D7905M和ASTM D6671/ D6671M）已经比较成熟。

在针对于普通层合板的分层及分层扩展研究中，内聚力模型得到了广泛应用。经过了大量的研究工作，采用线性本构建立的内聚力模型可以很好的模拟复合材料单向层压板裂纹萌生和生长，所得预测结果与已有试验结果有良好的一致性，但对于层间增韧复合材料层合板的数值仿真分析难度较大，所进行的研究工作较少。

综上,现有技术中,缺乏针对于层间增韧复合材料层合板的数值仿真分析方法。

发明内容

本发明提供层间增韧复合材料层合板的仿真方法，能够针对层间增韧复合材料层合板的进行数值仿真分析。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

层间增韧复合材料层合板的仿真方法，包括：

S1、采集各个层间增韧复合材料层合板的尺寸参数，依据尺寸参数建立层合板仿真计算模型，层合板仿真计算模型由上面板、界面层、下面板由上到下依次连接组成，如图1所示；

S2、在层合板仿真计算模型中加入增韧模型，增韧模型包括：梁单元、上连接单元、下连接单元，上连接单元和下连接单元描述增韧体的断裂损伤，并通过控制梁单元的刚度来模拟增韧体的刚度，使得该可以准确表征出材料的层间增韧特性；

S3、采集各个层间增韧复合材料层合板的力学性能表征，并在建模平台中分别设置各个层间增韧复合材料层合板的各项材料属性；

S4、对层合板仿真计算模型进行计算分析，提取加载点的载荷位移曲线。其中，对层间增韧层合板模型进行计算分析，获得计算结果，提取加载点的载荷位移曲线，对层合板仿真计算模型进行应力分析，计算模型的应变能释放率，通过读取单元坐标信息再根据临界应变能量释放率—裂纹长度关系曲线，确定模型的临界应变能量释放率；将当前值与临界值比较，判断模型分层失效以及分层扩展的情况；获得有限元计算结果，利用有限元软件的后处理功能，提取加载点的载荷位移曲线，模拟层间增韧层合板分层扩展行为，获得载荷位移曲线最大载荷值，当实际载荷达到最大值时，裂纹的扩展不需要继续增加载荷，从而实现对层间增韧层合板损伤行为的预测。

进一步的，在S3中，分别设置各个层间增韧复合材料层合板的各项材料属性，包括：在建模平台中设定上面板和下面板的材料属性；选择内聚力损伤及损伤演化模型，内聚力损伤及损伤演化模型引入试验获得的随裂纹长度变化的临界应变能量释放率，计算界面参数，定义界面层属性；定义增韧模型属性，确定增韧体的刚度强度，定义增韧模型其与上面板和下面板的连接方式。