[发明专利]一种复合材料薄壁管拉扭非比例恒幅试验载荷设计方法

权利要求书

1.一种复合材料薄壁管拉扭非比例恒幅试验载荷设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于静强度准则修改得到等效应力幅计算表达式；

步骤2：给定一个单向铺层角度值，按照纤维方向的静强度值的百分比确定目标等效应力幅、拉扭应力比大小和拉扭正弦波载荷相位差，形成拉扭正弦波形载荷时间历程数据；

步骤3：对给定的单向铺层角度值，采用复合材料当前铺层角度下拉扭应力转化为纤维方向坐标系下的统一应力转化矩阵表达式，计算纤维方向坐标系下各方向应力分量；

步骤4：对步骤3转换后的应力，计算等效应力幅，并与给定的目标等效应力幅大小进行比较，如果误差不可接受，则返回步骤2修改拉扭应力幅初始值进行循环计算，直到误差可接受时则退出循环，确定此时的拉扭应力幅大小和相位差；

步骤5：返回步骤2修改拉扭正弦波载荷相位差，重复前述过程，确定相应的拉扭应力幅大小和相位差；

步骤6：返回步骤2修改铺层角度，重复前述过程，则可得到不同铺层角度下，相同等效应力幅下，拉扭载荷在不同相位差时的应力幅大小载荷水平。

2.如权利要求1所述的一种复合材料薄壁管拉扭非比例恒幅试验载荷设计方法，其特征在于，静强度准则包括Tsai-Wu准则、Hill-Tsai准则、Hashin准则和Puck准则。

3.如权利要求1所述的一种复合材料薄壁管拉扭非比例恒幅试验载荷设计方法，其特征在于，步骤2中，目标等效应力幅大于静强度75％。

4.如权利要求1所述的一种复合材料薄壁管拉扭非比例恒幅试验载荷设计方法，其特征在于，步骤2中，通过计算机编程计算获得拉扭正弦波形载荷时间历程数据。

5.如权利要求1所述的一种复合材料薄壁管拉扭非比例恒幅试验载荷设计方法，其特征在于，步骤4中可接受的误差为小于0.001Mpa。

6.如权利要求2所述的一种复合材料薄壁管拉扭非比例恒幅试验载荷设计方法，其特征在于，步骤1基于Tsai-Wu静强度准则修改得到的等效应力幅计算表达式为：

其中，X_T为纤维方向拉伸强度，F₁、F₂、F₁₁、F₂₂、F₆₆、F₁₂为通过复合材料不同方向的静强度值确定的材料参数，Δσ_eq为等效应力幅，Δσ₁₁、Δσ₂₂、Δτ₁₂为在材料坐标系下的各方向应力分量幅度。

7.如权利要求6所述的一种复合材料薄壁管拉扭非比例恒幅试验载荷设计方法，其特征在于，基于Tsai-Wu静强度准则时步骤2中得到的拉扭正弦波数学表达式为：

σ_xx(t)＝σ_xx,asin(wt)

其中，w是角速度，是拉扭载荷之间的相位角度，σ_xx,a和τ_xy,a分别是拉压和剪切应力幅度。

8.如权利要求7所述的一种复合材料薄壁管拉扭非比例恒幅试验载荷设计方法，其特征在于，步骤3中，针对缠绕型碳纤维增强复合材料薄壁管试件，建立以纤维方向为基准的坐标系，将不同缠绕角度的试件承受的应力统一到该坐标基准下，应力转换表达式如下：

其中，θ为纤维方向与薄壁管轴向的缠绕角度，σ_xy、σ_yy、τ_xy为在以试件轴向为X方向的坐标系下的各应力分量，σ₁₁、σ₂₂、τ₁₂为在以纤维方向为1方向的坐标系下的各应力分量。