[发明专利]一种复合材料混合型分层阻力曲线的预测方法

权利要求书

1.一种复合材料混合型分层阻力曲线的预测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，设计制造具有+22.5°/-22.5°分层界面的碳纤维增强复合材料层板试样；

步骤2，对上述试样，采用双悬臂梁、端部缺口弯曲和混合模态弯曲试验装置分别开展I型、II型和I/II混合型分层试验，其中混合型分层试验的加载混合比为0.25、0.5和0.75；

步骤3，通过实验获得载荷、位移和分层长度，确定试样的I型、II型和I/II混合型分层阻力曲线；

所述步骤3采用修正梁理论的方法计算I型分层断裂韧性G_I，具体计算公式为：

其中，P_I和d_I分别是对试样施加的载荷与位移，a和b分别是试样的分层长度和宽度，Δ是分层长度的修正量，用于考虑试样在裂尖位置由于材料各向异性而附加的位移和转动；

所述步骤3利用柔度法确定II型层间断裂韧性G_II的公式为：

其中，P_II是临界载荷，C为试样柔度；

所述步骤3依据修正梁理论确定I/II混合型层间断裂韧性G_I/II的公式为：

G_I/II＝G_I+G_II

其中，P_I/II是对试样施加的载荷，c是载荷施加点到中间加载滚轴的距离，P_g是夹具中上横梁及附在其中加载块的重量，c_g为夹具的重心到中间加载滚轴的距离，E_f是试样弯曲模量，h为试样厚度，L为固定跨距；

步骤4，采用分层阻力曲线理论公式对数据进行拟合，确定不同分层试验的断裂韧性起始值、稳定值和纤维桥接长度；

所述步骤4所采用的对试验数据进行拟合的分层阻力曲线理论公式如下：

其中，l_bz和Δa分别为纤维桥接长度和分层扩展长度，G_init和G_prop分别为分层断裂韧性起始值和稳定值，是一种特殊的运算法则：

步骤5，采用B-K分层扩展准则对I型、II型和三种混合比0.25、0.5和0.75下的断裂韧性起始值进行拟合，获得准则系数η_init；

所述步骤5通过对I型、II型和不同混合比下的断裂韧性起始值进行最小二乘拟合得到准则中的参数η_init值，所采用的B-K分层扩展准则为：

其中，和分别为I型、II型和I/II混合型分层断裂韧性初始值，为加载混合比；

步骤6，采用B-K分层扩展准则对I型、II型和三种混合比0.25、0.5和0.75下的断裂韧性稳定值进行拟合，获得准则系数η_prop；

所述步骤6通过对I型、II型和不同混合比下的断裂韧性稳定值进行最小二乘拟合得到准则中的参数η_prop值，所采用的B-K分层扩展准则为：

其中，和分别为I型、II型和I/II混合型分层断裂韧性稳定值；

步骤7，以η_init和η_prop、I型分层断裂韧性起始值和稳定值、II型分层断裂韧性起始值和稳定值为基本参数，建立一个以加载混合比为自变量的混合型分层阻力曲线的预测公式，对任意加载混合比下层板分层阻力曲线进行预测；

所述步骤7以η_init和η_prop、纤维桥接长度、I型分层断裂韧性起始值和稳定值、II型分层断裂韧性起始值和稳定值为基本参数，一个以加载混合比为自变量的混合型分层阻力曲线的预测公式具有如下形式：

其中，和分别是I型和II型分层断裂韧性起始值，和分别是I型和II型分层断裂韧性稳定值，η_init和η_prop分别是不同分层类型断裂韧性起始值和稳定值的B-K准则拟合参数。