[发明专利]豆荚杆盘绕收拢过程的力学响应特性分析方法

权利要求书

1.一种豆荚杆盘绕收拢过程的力学响应特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，根据豆荚杆的物理特性，建立坐标系并进行所需变量的定义，构建形成豆荚杆结构模型；

步骤S2，根据豆荚杆横截面的几何特征，并结合结构的对称性，对所述豆荚杆结构模型进行区域划分；

步骤S3，计算豆荚杆各个所述区域在盘绕收拢过程中的应变；

步骤S4，根据所述豆荚杆各个所述区域在盘绕收拢过程中的应变，计算豆荚杆在盘绕收拢过程中每个复合材料铺层的应力与应变；

步骤S5，根据豆荚在盘绕收拢过程中每个复合材料铺层的应力与应变，计算豆荚杆在收拢状态下的总应变能。

2.如权利要求1中所述的一种豆荚杆盘绕收拢过程的力学响应特性分析方法，其特征在于，所述步骤S1中构建形成豆荚杆结构模型时，还包括给定基本假设，包括：豆荚杆的变形符合直法线假设，且厚度方向变形可以忽略；盘绕收拢过程中豆荚杆不会发生撕裂和开胶行为；在豆荚杆盘绕收拢过程中，不考虑摩擦力以及温度的影响；

所述豆荚杆结构模型中所定义的变量包括：豆荚杆长度l、凸弧段半径r_v、凹弧段半径r_e、凹弧段圆心角α_e、凸弧段圆心角的一半α_v、凸弧段总厚度t_v、凹弧段总厚度t_e、直线段总厚度t_s、直线段长度w以及卷筒半径r_d。

3.如权利要求1中所述的一种豆荚杆盘绕收拢过程的力学响应特性分析方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤S3.1～S3.3：

S3.1，将豆荚杆的盘绕收拢过程分为压扁和盘绕两个子过程；

S3.2，将豆荚杆的压扁子过程简化为平面应变问题进行分析，构建豆荚杆在所述压扁子过程中各区域的应变表达式，以计算豆荚杆在所述压扁子过程中各区域的应变；

S3.3，基于基尔霍夫薄板理论分析豆荚杆的盘绕子过程，构建豆荚杆在所述盘绕子过程中各区域的应变表达式，以计算豆荚杆在所述盘绕子过程中各区域的应变。

4.如权利要求3中所述的一种豆荚杆盘绕收拢过程的力学响应特性分析方法，其特征在于，所述子步骤S3.2中，计算豆荚杆压扁后各区域在y_c轴方向的应变的表达式分别为：

上式中，z_c,v为豆荚杆凸弧段上某一点在豆荚杆复合材料整体坐标系下z_c坐标，z_c,e为豆荚杆凹弧段上某一点在豆荚杆复合材料整体坐标系下z_c坐标，r_v、r_e分别为豆荚杆凸、凹弧段的半径，表示豆荚杆的区域m在盘绕收拢过程中在y_c轴方向发生的应变，下标m表示对豆荚杆横截面所划分的区域编号，m＝1,2，……，16；所述区域共包括16个，分别为D1、D2、……、D16；当m＝1时，表示区域D1，当m＝2时，表示区域D2，以此类推。

所述豆荚杆复合材料整体坐标系记为o_cx_cy_cz_c，其中，坐标系原点o_c为豆荚杆结构在其厚度方向处于中间位置曲面上的任一点；x_c轴平行于豆荚杆轴向，且指向豆荚杆的尾部，所述尾部是指豆荚杆与其安装结构的连接端；z_c轴为豆荚杆在坐标系原点o_c的法线，指向豆荚杆外侧，所述外侧是指豆荚杆外表面以外、远离豆荚杆内部空腔的一侧；y_c轴为豆荚杆在坐标系原点o_c的切线，方向由右手法则确定。