[发明专利]一种改进B-K准则用于含纤维桥接影响复合材料多向层板分层预测的方法

摘要

本发明公开了一种改进B‑K准则用于含纤维桥接影响复合材料多向层板分层预测的方法，通过进行CFRP多向层合板I型、II型和不同混合比下I/II混合型静力分层试验，确定随分层长度变化的I型层间断裂韧度G_IC(a)、II型层间断裂韧度G_IIC(a)和不同混合比下的层间断裂韧度G_C(a)，并进行三维数据的最小二乘拟合获得考虑纤维桥接影响的改进B‑K准则中的参数η，然后将上述G_IC(a)、G_IIC(a)和拟合参数η值作为改进B‑K准则中的重要参数，建立基于内聚力单元的有限元模型并运用该改进准则模拟不同混合比下分层扩展行为，通过对比试验和数值结果验证所提改进准则的准确性和适用性，进而可运用改进准则预测任意其它混合比下的分层扩展行为，从而显著缩短试验周期，降低试验成本。

主权项

1.一种改进B‑K准则用于含纤维桥接影响复合材料多向层板分层预测的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，通过双悬臂梁弯曲(DCB)、4点端边切口(4ENF)和混合型弯曲(MMB)试验开展CFRP多向层板的I型、II型和I/II混合型静力分层扩展试验，获得相应的载荷、位移和裂纹长度试验数据；步骤2，对试验数据进行数据处理确定随分层长度a变化的I型层间断裂韧度曲线G_IC(a)、II型层间断裂韧度曲线G_IIC(a)和I/II混合型层间断裂韧度曲线G_C(a)；所述步骤2利用修正梁理论确定随分层长度a变化的I型层间断裂韧度曲线G_IC(a)表达式为：其中：b为试样宽度，F和N'分别是考虑大位移和加载块影响时的修正因子，由于测量的是分层尖端距加载线的垂直距离及采用了铰链而非加载块，这两个因子均为1，P_IC和δ_IC分别是对试样施加的I型载荷和位移，|Δ|是分层长度的修正因子，用于考虑悬臂在裂尖位置由于材料各向异性而附加的位移和转动；所述步骤2利用柔度法确定随分层长度a变化的II型层间断裂韧度曲线G_IIC(a)表达式为：其中：P_C是临界载荷，C为试样柔度；所述步骤2依据修正梁理论确定随分层长度a变化的I/II混合型层间断裂韧度曲线G_C(a)表达式为：G_C(a)＝G_I(a)+G_II(a)其中：P是施力点处施加的载荷，c是施力点到中间加载滚轴的距离，P_g是上横梁及附在其中加载块的重量，c_g为夹具的重心到中间加载滚轴的距离，E_f是弯曲模量，h为试样厚度，L为固定跨距；步骤3，采用考虑分层扩展中纤维桥接的改进B‑K准则对步骤2获得的G_IC(a)、G_IIC(a)和G_C(a)进行三维数据的最小二乘拟合，从而确定适用于所研究CRFP多向层板的改进B‑K准则中的参数η值；所述步骤3中分别拟合上述I型、II型分层扩展试验数据得到的随分层长度变化的G_IC(a)、G_IIC(a)的数学表达式，所述CFRP多向层合板的G_IC(a)表达式为分段函数，可分成纤维桥接段和稳定扩展段；所述CFRP多向层合板的G_IIC(a)表达式通过线性拟合得到；步骤4，建立基于内聚力单元的有限元模型，通过用户自定义子程序USDFLD，将上述CFRP多向层合板I型和II型层间断裂韧度G_IC(a)、G_IIC(a)的表达式和步骤3中通过最小二乘拟合得到的改进B‑K准则中的参数η值作为重要参数嵌入到改进B‑K准则中，采用该改进B‑K准则模拟此种多向层合板不同混合比下的分层扩展行为，并通过对比试验和数值结果来验证所建立改进B‑K准则的准确性；所述步骤4将所述CFRP多向层合板若干混合比下层间断裂韧度数据进行最小二乘拟合得到的改进B‑K准则中的参数η值和G_IC(a)、G_IIC(a)表达式作为改进B‑K准则中的重要参数，通过有限元用户自定义子程序USDFLD嵌入到准则中，建立基于内聚力单元的有限元模型来模拟此种多向层合板不同混合比下的分层扩展行为，所述改进B‑K准则为：步骤5，采用已验证的改进B‑K准则预测任意其它混合比下的静力分层扩展行为。