[发明专利]基于数值与解析结合法的CFRTP干涉连接孔周应力分析方法

说明书

本发明提供了一种拉伸载荷下CFRTP干涉连接孔周应力分布计算方法，建立CFRTP的本构模型和损伤准则，建立CFRTP干涉链接模型实现数值分析，将所得结果拟合成函数形式的孔周位移约束条件；然后，将问题分解为干涉状态和拉伸状态两部分，将所得位移约束条件进行孔周应力求解，并建立在载荷传递模型计算拉伸载荷和位移。本申请提出有限元数值建模与解析计算相结合的方法，精确预测CFRTP的孔周应力分布。通过VUMAT用户子程序实现CFRTP干涉连接拉伸的数值分析，获得孔周位移边界条件的精确数值解，并将其拟合为三角函数的形式。将问题分解为干涉状态和拉伸状态，进行求解。建立载荷传递模型关联孔周应力和拉伸力，并进行CFRTP单搭接件的拉伸试验与计算结果对比验证其正确性。

技术领域

本发明涉及碳纤维增强树脂基复合材料(CFRTP)结构设计和寿命预测技术领域，特别地涉及一种基于数值与解析结合法的CFRTP干涉连接孔周应力分析方法。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRTP)具有比强度高、比模量高、疲劳性能好、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天领域。当CFRTP作为飞机结构件时，不可避免要进行连接。而目前飞机装配中常用的螺栓连接会使螺栓杆与孔壁产生干涉，挤压孔壁导致应力分布不均匀造成结构损伤，给CFRTP结构设计和寿命预测带来了很多问题。因此，CFRTP干涉连接孔周应力分布是解决这些问题基础。

发明内容

针对上述现有技术中，CFRTP干涉连接孔周应力分布计算效率和计算准确度的问题，本申请提出了一种基于数值与解析结合法的CFRTP干涉连接孔周应力分析方法，建立CFRTP的本构模型和损伤准则，建立CFRTP干涉链接模型实现数值分析，将所得结果拟合成函数形式的孔周位移约束条件；然后，将问题分解为干涉状态和拉伸状态两部分，将所得位移约束条件进行孔周应力求解，并建立在载荷传递模型计算拉伸载荷和位移。

本申请提出有限元数值建模与解析计算相结合的方法，精确预测CFRTP的孔周应力分布。通过VUMAT用户子程序实现CFRTP干涉连接拉伸的数值分析，获得孔周位移边界条件的精确数值解，并将其拟合为三角函数的形式。将问题分解为干涉状态和拉伸状态，进行求解。建立载荷传递模型关联孔周应力和拉伸力，并进行CFRTP单搭接件的拉伸试验与计算结果对比验证其正确性。

优选的，CFRTP的本构模型包括单向CFRTP单层板的应力应变关系；损伤准则包括定义损伤起始判据。

优选的，单向CFRTP单层板的应力应变关系为：

优选的，损伤起始判据包括：

纤维拉伸损伤(σ₁≥0)

纤维压缩损伤(σ₁0)

面内基体压缩损伤(σ₂≥0)

面内基体拉伸损伤(σ₂0)

面外基体压缩损伤(σ₃≥0)

面外基体拉伸损伤(σ₃0)

中的至少一项；