[发明专利]一种预测可折叠薄壁复合材料管件临界折叠半径的方法

权利要求书

1.一种预测可折叠薄壁复合材料管件临界折叠半径的方法，具有精确、实用和简便的优点，该方法具体步骤如下：

步骤一、计算可折叠薄壁复合材料管件的折叠应变矩阵[ε]

可折叠薄壁复合材料管件的折叠过程分解成两步：1)沿横向展平圆管，将圆管变成平板；2)将平板沿纵向折叠卷起；

在横向展平可折叠薄壁复合材料管件的过程中，复合材料层合板各层的应变为

式中，i为从上至下层合板层数，r₁为层合板最上层对应的初始半径，t为层合板单层厚度，n为层合板层数，x轴沿圆管纵向，y轴为沿横截面圆周的周向；

在将平板沿纵向折叠卷起的过程中，复合材料层合板各层的应变为

式中，r₂为层合板最上层对应的折叠半径；

整体折叠过程中，复合材料层合板各层的折叠应变为

式中，ε_x和ε_y为x轴和y轴拉伸应变，γ_xy为剪切应变；

复合材料各层主轴方向应变为

其中

式中，ε₁和ε₂为1轴和2轴拉伸应变，γ₁₂为剪切应变，[T]为坐标转换矩阵，θ为偏轴方向与主轴方向之间的夹角；

步骤二、计算可折叠薄壁复合材料管件折叠后的主轴应力

根据层合板理论和式(4)，可得复合材料层合板各层的主轴应力为

其中

Q₆₆＝G₁₂ (10)

式中，σ₁和σ₂为1轴和2轴拉伸应力，τ₁₂为剪切应力，Q₁₁，Q₁₂，Q₂₂和Q₆₆为工程弹性常数，ν₁₂和ν₂₁为单层板泊松比，E_1t为1轴拉伸弹性模量，E_2t为2轴拉伸弹性模量，G₁₂为剪切模量；

步骤三、计算可折叠薄壁复合材料管件的临界折叠半径

蔡希尔准则是判断复合材料失效的重要依据，写为

式中，X为1轴方向强度，Y为2轴方向强度，S为剪切强度；

将步骤二中计算得到的各层的主应力代入式(11)，解出的r₂值即为临界折叠半径。