[发明专利]基于刚度的SFRP疲劳寿命混合快速预测方法

说明书

一种基于刚度的SFRP疲劳寿命混合快速预测方法，分别根据参考结构的寿命和第一个循环损伤之间的关系得出目标结构的第一S‑N曲线、根据参考结构的寿命和稳定段相对刚度退化速率的关系得出目标结构的第二S‑N曲线，通过将两者拟合后快速得出目标结构的S‑N曲线。本发明只需通过一条参考结构的S‑N曲线和目标结构的应力应变曲线即可快速预测出目标结构的第一条S‑N曲线(在低寿命区具有较高精度)，仅通过一条参考结构的S‑N曲线和目标结构的稳定段相对刚度退化速率，即可快速预测出目标结构的第二条S‑N曲线(在高寿命区具有较高精度)，能够通过极少的试验和仿真快速准确地预测任意结构的S‑N曲线。

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料领域的技术，具体是一种基于循环加载过程中短纤维增强复合材料(SFRP)刚度退化的应力-寿命(S-N)曲线混合快速预测方法。

背景技术

SFRP纤维结构具有复杂的分布特征，导致材料的宏观疲劳性能处处不同(不均匀和各向异性)，现有的S-N曲线预测方法分为试验法和仿真法两类，其中材料级应力疲劳试验只能获取特定结构下的S-N曲线，无法满足部件级疲劳分析要求。计算细观力学仿真方法虽然理论上能够预测任意结构下的S-N曲线，但存在建模难度大，计算周期长且疲劳仿真参数难获取的诸多问题，难以应用于部件级的疲劳分析。

发明内容

本发明针对现有预测方法无法实现低周区域疲劳寿命的精准预测，无法考虑微观结构的波动性进而针对任意结构的SFRP进行疲劳寿命预测、无法兼顾预测结构多样和预测代价高的不足，提出一种基于刚度的SFRP疲劳寿命混合快速预测方法，充分利用SFRP材料循环加载中第一个循环损伤和稳定段相对刚度退化速率与寿命关系的结构无关性，仅通过一条参考结构的S-N曲线和目标结构的应力应变曲线即可快速预测出目标结构的第一条S-N曲线(在低寿命区具有较高精度)，仅通过一条参考结构的S-N曲线和目标结构的稳定段相对刚度退化速率，即可快速预测出目标结构的第二条S-N曲线(在高寿命区具有较高精度)，能够通过极少的试验和仿真快速准确地预测任意结构的S-N曲线。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于刚度的SFRP疲劳寿命混合快速预测方法，分别根据参考结构的寿命和第一个循环损伤之间的关系得出目标结构的第一S-N曲线、根据参考结构的寿命和稳定段相对刚度退化速率的关系得出目标结构的第二S-N曲线，通过将两者拟合后快速得出目标结构的S-N曲线。

所述的参考结构和目标结构均为具有特定纤维微观结构的SFRP。

所述的损伤是指：初始刚度减去应力应变曲线上当前点与原点连线的斜率(当前刚度)的差值与初始刚度的比值。

所述的寿命和第一个循环损伤之间的关系以及寿命和稳定段相对刚度退化速率的关系均具有结构无关性，即该关系不受具体纤维微观结构的影响，即通过一个结构得出的关系可以直接推广到其它结构。

所述的稳定段相对刚度退化速率是指：相对刚度退化曲线二阶导数(近似)稳定在0时的一阶导数值。

技术效果

本发明由应力应变曲线快速预测S-N曲线；从刚度演化曲线中提取初始损伤和稳定段刚度退化速率分别用于低周和高区域的疲劳寿命预测。与现有技术相比，能够快速地获取任意微观结构下SFRP材料疲劳寿命，避免大量疲劳试验；能够在低周和高周区域都实现疲劳寿命的高精度预测。

附图说明

图1为短纤维复合材料微观纤维结构；

图2为本发明流程示意图；

图3为第一个循环损伤和稳定段相对刚度退化速率示意图；

图4为实施例效果示意图。

具体实施方式