[发明专利]一种复合材料结构低速冲击损伤确定方法及装置

说明书

本发明涉及复合材料设计技术领域，具体涉及一种复合材料结构低速冲击损伤确定方法及装置。该方法包括以下步骤：载入设计模型及其设计参数，并加载基本方向失效判断算法、纤维方向失效判断算法以及分层失效判断算法；按设定冲击参数对设计模型施加低速冲击载荷，根据基本方向失效判断算法、纤维方向失效判断算法以及分层失效判断算法，判断设计模型的失效形式和失效点；根据设计模型的失效形式和失效点，判断设计模型的损伤位置。能够解决现有的损伤算法对于低速冲击条件下的复合材料损伤估计不准确的问题。

技术领域

本发明涉及复合材料设计技术领域，具体涉及一种复合材料结构低速冲击损伤确定方法及装置。

背景技术

复合材料层合板结构的层状特点及其十分有限的塑性变形能力导致了在冲击载荷作用下，其内部极易产生大量的损伤。特别在低能量冲击作用下，层合板表并不出现损伤，或者出现轻微的损伤，但在其内部却已经产生了大量的基体裂纹、大面积的层间脱层、少量的纤维断裂和冲击点下方局部的基体挤裂等形式的损伤。这些损伤对层合板的各方面性能都有非常重要的影响，例如极限强度、吸波能力、疲劳特性等。最棘手的问题是：低速冲击损伤目视不可见，极易被检测人员忽略；即使分层已经发生，如果层间还保持着接触状态，即使C扫描等手段也不易发现分层，因此其潜在危害巨大。

研究复合材料低速冲击问题，对结构抗冲击损伤能力进行合理分析及评价，对于结构的安全评估及实验检测都具有十分重要的意义。

随着复合材料技术和损伤判定准则的发展，复合材料设计的商用软件已逐渐用于复合材料结构设计过程中，但是商用软件自带的损伤算法对于低速冲击条件下的复合材料损伤估计不准确，失效模式与实际差异很大，会导致最终设计的产品不能达到设计要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种复合材料结构低速冲击损伤确定方法及装置，能够解决现有的损伤算法对于低速冲击条件下的复合材料损伤估计不准确的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一方面，本发明提供一种复合材料结构低速冲击损伤确定方法，包括以下步骤：

载入设计模型及其设计参数，并加载基本方向失效判断算法、纤维方向失效判断算法以及分层失效判断算法；

按设定冲击参数对设计模型施加低速冲击载荷，根据基本方向失效判断算法、纤维方向失效判断算法以及分层失效判断算法，判断设计模型的失效形式和失效点；

根据设计模型的失效形式和失效点，判断设计模型的损伤位置。

在上述技术方案的基础上，在加载基本方向失效判断算法、纤维方向失效判断算法以及分层失效判断算法时，同时加载材料的刚度退化模型；

在判断出设计模型的失效点后，根据刚度退化模型，在设计模型的失效点更新设计参数至退化参数，继续对设计模型施加低速冲击载荷；

达到低速冲击载荷的设定冲击参数后，根据所有设计模型的失效位置，确定设计模型的损伤面积。

在上述技术方案的基础上，所述刚度退化模型包括纤维拉伸退化模型、纤维压缩退化模型、基体拉伸退化模型、基体压缩退化模型、拉伸分层退化模型和压缩分层退化模型。

在上述技术方案的基础上，纤维拉伸退化模型为E′₁＝0.07E₁；

纤维压缩退化模型为E′₁＝0.14E₁；

基体拉伸退化模型为E′₂＝0.1E₂，G′₁₂＝0.1G₁₂，G′₂₃＝0.1G₂₃；