[发明专利]一种全SiC复合材料多钉连接结构失效分析方法

摘要

本发明涉及一种基于渐进损伤模型的全C/SiC复合材料多钉连接结构失效分析方法，包括以下步骤：(1)在C/SiC复合材料力学性能测试的基础上建立材料的双线性本构模型；(2)根据C/SiC复合材料多钉连接结构几何参数，建立复合材料结构三维有限元模型；(3)基于复合材料结构三维有限元模型进行应力分析；(4)应用适用于C/SiC复合材料的失效准则预测复合材料的失效状态；(5)对失效的材料按照退化模型进行材料刚度退化；(6)判断复合材料结构中的损伤是否导致结构发生破坏，若结构未失效刚继续加载直到材料失效。本发明适用于工程应用，可以有效分析和预测全C/SiC复合材料多钉连接结构的失效，能够显著降低试验成本，为工程实践提供参考。

主权项

一种基于渐近损伤模型的全C/SiC复合材料多钉连接结构的失效分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，进行C/SiC材料力学性能测试，得到其应力应变曲线，并在此基础上建立C/SiC材料双线性本构模型；步骤B，根据复合材料结构几何参数，建立C/SiC复合材料多钉连接结构三维有限元模型，施加边界条件和初始载荷；步骤C，基于C/SiC复合材料结构三维有限元模型进行应力分析，并在第k增量步时，开始调取单元积分点的应力σk；步骤D，应用适用于C/SiC复合材料的失效准则预测复合材料的失效状态及失效模式；所述步骤D中应用复合材料失效准则预测复合材料失效状态的实现过程为：(D1)读取单元积分点的应力σk；(D2)将应力值代入如下失效准则判断材料失效模式：当σ11≥0且时，材料发生经向纤维拉伸失效；当σ11≤0且时，材料发生经向纤维压缩失效；当σ22≥0且时，材料发生纬向纤维拉伸失效；当σ22≤0且时，材料发生纬向纤维压缩失效；当σ33≥0且时，材料发生层间拉伸失效；当σ33≤0且时，材料发生层间压缩失效；其中，σ11、σ22、σ33分别为3个方向的正应力值；τ13、τ23为剪切应力值；XT、XC分别为C/SiC材料经向拉伸、经向压缩强度；YT、YC分别为材料纬向拉伸、纬向压缩强度；ZT为材料3方向拉伸强度；S13、S23为材料剪切强度；(D3)更新单元失效状态变量；步骤E，如果满足失效准则，则材料发生失效，此时，根据退化模型进行材料刚度退化；所述步骤E中根据退化模型对失效材料进行材料刚度退化的实现过程为：(E1)按如下退化模型对失效材料进行刚度退化，更新材料属性：经向纤维拉伸/压缩失效，E11d＝0×E11，G12d＝0×G12，G13d＝0×G13，ν12d＝0×ν12，ν13d＝0×ν13；纬向纤维拉伸/压缩失效，E22d＝0×E22，G12d＝0×G12，G23d＝0×G23，ν12d＝0×ν12，ν23d＝0×ν23；层间拉伸/压缩失效，E33d＝0.1×E33，G13d＝0.1×G13，G23d＝0.1×G23，ν13d＝0.1×ν13，ν23d＝0.1×ν23；其中，E11、E22、E33、G12、G13、G23、ν12、ν13、ν23为复合材料的三维工程弹性常数，E11d、E22d、E33d、G12d、G13d、G23d、ν12d、ν13d、ν23d分别为发生损伤后复合材料的三维工程弹性常数；(E2)更新材料刚度矩阵，Ck+1＝Cd，其中Cd代表损伤后材料刚度；(E3)更新损伤材料的应力σk+1＝Ck+1·(εk+Δεk)，其中，εk为第k增量步的应变，Δεk为应变增量；(E4)转到步骤(F)；步骤F，如果没有满足失效准则，则材料无损伤；此时，材料刚度不变Ck+1＝C0，更新应力σk+1＝σk+Ck+1·Δεk；步骤G，判断复合材料结构中的损伤是否导致结构发生破坏；步骤H，如果结构没有发生破坏，增大载荷，返回步骤(B)；步骤I，如果结构发生破坏，则结构失去承载能力，停止分析，此时的载荷即为C/SiC复合材料多钉连接结构的失效强度。