[发明专利]一种冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构的数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种Ti/CFRP层合板结构冲击过程数值模拟方法，基于复合材料的应力‑应变关系、三维Hashin失效准则与Tan退化准则，构建复合材料的VUMAT子程序；构建Ti/CFRP层合板结构与半球形冲头的有限元网格模型；构建Ti/CFRP层合板网格模型中钛合金板和胶层的材料失效模型；构建冲击载荷的初始条件；构建Ti/CFRP层合板网格模型的边界条件；利用ABAQUS将构建的VUMAT子程序与构建的模型、条件结合起来，得到冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构的数值分析模型，求解即得层合板结构的接触力及复合材料的损伤失效面积。本发明能够模拟冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构发生了哪些形式的损伤失效，以及相应的失效面积，为Ti/CFRP层合板结构设计提供更为准确的参考依据。

技术领域

本发明涉及数值模拟领域，具体涉及一种冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构的数值模拟方法。

背景技术

碳纤维增强复合材料(CFRP)相对于金属材料，具有轻质量、高比强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀等良好的力学性能，在航空、航天、兵器、船舶、汽车等领域得到了广泛应用。然而，复合材料抗冲击性能较弱，在受到冲击后容易产生损伤。为了改善复合材料抗冲击性能，一般用胶粘或者机械连接等方式将金属板附着在复合材料层合板表面，形成一种新的层合板。钛合金/碳纤维(Ti/CFRP)复合材料层合板是一种典型的层合板，当有钛合金板的一侧受到冲击载荷时，冲击载荷的动能会从钛合金板传递到复合材料层合板，钛合金板虽然会吸收一部分动能，但是仍然有可能在不破坏钛合金板的情况下对复合材料层合板造成损伤，为保证Ti/CFRP层合板结构的安全性和可靠性，必须对受到冲击载荷时的Ti/CFRP层合板结构进行分析。丁冰等在论文《Ti/CFRP/Ti夹层结构高速冲击数值模拟研究》中采用ABAQUS软件自带的复合材料二维Hashin失效准则模拟复合材料的损伤失效，但是无法得到复合材料具体发生了哪些形式的损伤失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构的数值模拟方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构的数值模拟方法，步骤如下：

步骤1、基于复合材料的应力-应变关系、三维Hashin失效准则与Tan退化准则，构建复合材料的VUMAT子程序；

步骤2、构建Ti/CFRP层合板结构与半球形冲头的有限元网格模型；

步骤3、构建Ti/CFRP层合板网格模型中钛合金板和胶层的材料失效模型；

步骤4、构建冲击载荷的初始条件；

步骤5、构建Ti/CFRP层合板网格模型的边界条件；

步骤6、利用ABAQUS将步骤1构建的VUMAT子程序与步骤2-4构建的模型、条件结合起来，得到冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构的数值分析模型，求解即得层合板结构的接触力及复合材料的损伤失效面积。

本发明与现有技术方案相比，其显著优点为：本发明基于复合材料的应力-应变关系、三维Hashin失效准则与Tan退化准则构建冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构的数值分析模型，能够模拟冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构发生了哪些形式的损伤失效，以及相应的失效面积，为Ti/CFRP层合板结构设计提供更为准确的参考依据。

附图说明

图1为本发明Ti/CFRP层合板结构有限元网格模型的示意图。

图2为本发明复合材料VUMAT子程序的流程图。

图3为本发明复合材料板有限元网格模型最下层的基体拉伸失效状态示意图。

图4为本发明冲头与Ti/CFRP层合板结构的接触力曲线图。

具体实施方式