[发明专利]一种纤维增强复合材料动态拉伸失效评估方法

摘要

本发明提出了一种纤维增强复合材料动态拉伸失效评估方法，针对目前纤维增强复合材料失效评估方法中未考虑应变率效应、依赖于试验数据修正而缺乏理论依据的问题，基于能量密度理论，考虑了纤维增强复合材料在动荷载作用下的应变率效应，推导得到了材料在动态拉伸荷载作用下的应变率相关能畸变能密度方程，该方法能够准确地分析纤维增强复合材料在动荷载作用下的拉伸失效行为，避免了大量的动态试验测试，为各类纤维增强复合材料结构的设计提供一种可靠的评估方法。

主权项

1.一种纤维增强复合材料动态拉伸失效评估方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)针对纤维增强复合材料的动力学特性，建立考虑材料应变率效应的动态本构方程：式中，σ＝[σ₁，σ₂，σ₃]^T为应力张量，σ₁、σ₂、σ₃分别为3个主方向上的应力；ε＝[ε₁，ε₂，ε₃]^T为应变张量，ε₁、ε₂、ε₃分别为3个主方向上的应变；为应变率张量，分别为3个主方向上的应变率；K和Φ分别为材料的刚度系数和应变率硬化系数；在单轴动态拉伸荷载作用下，拉伸方向上的主应力σ1表示为：式中，A₂为静态本构参数相关系数项，B₂为动态本构参数相关系数项，ε₁为拉伸方向上的主应变，为拉伸方向上的应变率；计算单元体在单轴动态拉伸荷载作用下的应变能密度和体积改变能密度，进而基于畸变能密度理论，建立纤维增强复合材料应变率相关的能量密度理论动态拉伸失效评估方法：式中，υd为纤维增强复合材料动荷载作用下的畸变能密度，υε为总应变能密度，υv为体积改变能密度，A11为静态本构参数相关系数项，A22为考虑应变率效应的动态本构参数相关系数项；(2)根据纤维增强复合材料的静态本构参数，计算能量密度理论动态拉伸失效评估方法中的静态本构参数相关系数项A2、A11：A2＝k11‑v21k12‑v31k13式中，kij为刚度系数，代表刚度矩阵中的9个系数项，vij为泊松比，下标i、j代表材料的主方向；进而根据准静态下的失效应变ε1s计算能量密度阈值υds：根据在给定动态拉伸应变率下的动态失效应变ε_1d、失效应力σ_1d，计算能量密度理论动态拉伸失效评估方法中的动态拉伸本构参数相关系数项A₂₂、B₂：(3)根据计算所得能量密度阈值υ_ds及相关系数项A₁₁、A₂₂，给定实际工况中的动态拉伸应变率计算纤维增强复合材料在该应变率下的动态拉伸失效应变根据相关系数项A₂、B₂，进而计算实际工况中动态拉伸应变率下的动态失效应力给定实际工况中的动态拉伸应变率即可通过能量密度理论计算得到纤维增强复合材料失效应力的计算值：若实际工况中应变率下的动应力值小于失效应力计算值，则认为材料未失效；若应变率下动应力值大于或等于失效应力计算值，则认为材料发生失效。