[发明专利]一种复合材料蜂窝夹芯板冲击损伤修理方案评估方法

说明书

本发明公开了一种复合材料蜂窝夹芯板冲击损伤修理方案评估方法，步骤包括：建立复合材料蜂窝夹芯板完好、冲击损伤、修理3个工况下的有限元几何模型。定义蒙皮、胶层和蜂窝夹芯的材料本构关系。设置蜂窝夹芯板模型3个工况下的边界条件并施加位移载荷。进行蜂窝夹芯板3个工况的Buckle分析计算屈曲载荷；提取一阶屈曲模态位移并乘以系数k，作为初始缺陷施加到后续Dynamic explicit分析中，计算各工况下的压缩强度及破坏模式。对比蜂窝夹芯板3个工况的载荷位移曲线，得到蜂窝夹芯板修理模型与完好、损伤模型强度对比结果，评估蜂窝夹芯板修理方案。本方法可与工程试验配合使用，从而降低试验成本，提高试验效率，更好地对蜂窝夹芯板的修理方案进行评估和验证。

技术领域

本发明涉及一种复合材料蜂窝夹芯板冲击损伤修理方案评估方法，属于复合材料结构修理技术领域。

背景技术

复合材料蜂窝夹芯结构以其高比刚度、高比强度、优秀的减振性和抗疲劳性等被广泛应用于民用飞机结构中。在役的民用飞机复合材料蜂窝夹芯结构容易受到各种低速冲击载荷形成冲击损伤，给飞机带来严重安全隐患。为保障民用飞机安全运行，制订合理的复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤修理方案显得尤为重要。在工程实践中，民机复合材料蜂窝夹芯板结构修理方案评估需要大量的试验，成本高而效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提出了一种复合材料蜂窝夹芯板冲击损伤修理方案评估方法，利用有限元仿真对修理方案进行评估，从而确定合适的修理方案，能够充分降低试验研究的成本、提高修理方案制定的效率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提出一种复合材料蜂窝夹芯板冲击损伤修理方案评估方法，具体步骤包括：

步骤一、建立复合材料蜂窝夹芯板完好、冲击损伤、修理3个工况下的有限元几何模型。

步骤二、定义蒙皮、胶层和蜂窝夹芯的材料本构关系。

步骤三、分别设置复合材料蜂窝夹芯板模型完好、冲击损伤、修理3个工况下的边界条件以及施加位移载荷。

步骤四、进行复合材料蜂窝夹芯板模型完好、冲击损伤、修理3个工况下的Buckle分析计算各工况下的屈曲载荷，提取一阶屈曲模态的位移并乘以系数k，作为初始缺陷施加到后续Dynamic explicit动力学分析中，计算蜂窝夹芯板模型3个工况下的压缩强度以及破坏模式。

步骤五、对比蜂窝夹芯板模型完好、冲击损伤、修理3个工况下的载荷位移曲线，得到蜂窝夹芯板修理模型强度与完好、损伤模型强度对比结果，评估蜂窝夹芯板修理方案。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤一的具体实施方式如下：

有限元几何模型中蒙皮采用连续壳SC8R单元，蒙皮为复合材料，蜂窝夹芯采用实体单元C3D8R，胶层采用粘聚力界面元COH3D8，冲击锤头采用实体单元C3D8R。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤二的具体实施方式如下：

(1)蒙皮复合材料铺层采用二维Hashin准则渐进损伤分析方法分析材料失效，并采用基于断裂能的刚度退化方式分析失效演化过程；胶层采用粘聚区模型和Quads准则进行失效分析，并采用基于能量的Benzeggagh—Kenane准则分析失效演化过程；蜂窝夹芯采用T.Besant提出的蜂窝芯子在压剪耦合受力情况下的失效准则，当蜂窝夹芯出现损伤时，不管承载如何，材料整体弹性常数等性能退化，折减系数为λ。

(2)蒙皮失效等效应力和等效应变计算方式如下：