[發(fā)明專利]復(fù)合材料中的組合載荷

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510675512.2
• 申請日: 2015-10-19
• 公開（公告）號: CN105608240B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·U·卡斯馬頓;S·E·克雷格
• 申請（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;徐東升

本申請公開一種用于確定材料失效的方法，該方法包括如下步驟：加工由材料制成的試樣(100)；在所述試樣上施加第一力(110)和施加第二力(120)，其中所述第二力(F2)不同于所述第一力(F1)；以及表征由于將所述第一力(F1)和所述第二力(F2)施加至所述試樣上而產(chǎn)生的材料失效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料檢測和板件設(shè)計，并且更具體地涉及通過同時施加組合力以檢測和分析用在板件設(shè)計中的復(fù)合材料。

背景技術(shù)

復(fù)合板件，諸如能夠被用于航空器和其他產(chǎn)品中的5縱梁板件，在項目的研究和開發(fā)階段期間被檢測，并且在它們被用于航空器或類似的產(chǎn)品之前在認證過程期間必須被測試。當前，使用三種常見方法之一檢測這些5縱梁板件。完整的5縱梁板件的檢測、使用計算機仿真建模并分析5縱梁板件或使用單向拉伸或壓縮載荷檢測較小的樣品板件(試樣)并且將結(jié)果逆推完整的5縱梁板件。然而，這些當前的方法中的每種都具有其自身的缺陷和低效性。

例如，每年會花費數(shù)百萬美元制造并且檢測完整的復(fù)合5縱梁板件。雖然在復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計被使用到航空器上之前，檢測至少一個5縱梁板件對于認證該復(fù)合結(jié)構(gòu)是必要的，但是每個5縱梁板件會花費多達1,200,000美元，并且會耗費6個月來加工和檢測。此外，為了獲得可以被考慮使用的厚度和層疊的范圍內(nèi)具有統(tǒng)計學意義的數(shù)據(jù)集，需要對新復(fù)合技術(shù)進行多個5縱梁板件檢測。由于長研制周期和高花費，檢測用于5縱梁板件的多種可能設(shè)計和/或材料的成本和時間會過高，并且可能導(dǎo)致設(shè)計者滿足于對于特定設(shè)計應(yīng)用足夠好的板件設(shè)計，而不是對于特定設(shè)計應(yīng)用最好或最優(yōu)的板件設(shè)計。

此外，當前對5縱梁板件使用計算機建模在項目的研究和開發(fā)階段不能提供要求精度。例如，當前計算機模型不能可靠地預(yù)測破壞載荷、失效模式和損傷軌跡。當前計算機模型的可靠性約為70-80％。那既意味著該分析方法不能預(yù)測20-30％的時間的結(jié)果。因此，這會導(dǎo)致設(shè)計變化，進而通過推遲最終設(shè)計和載荷6-12個月并且花費更多金錢來制造額外的5縱梁板件用于每次檢測，影響項目成本和進度。

最后，在試圖降低與新復(fù)合材料有關(guān)的總成本中，檢測試樣(即，被用在5縱梁板件中的材料的小部分)已經(jīng)被利用。不幸地，現(xiàn)存的試樣檢測方法以單軸方式加載試樣，并且不能以表示5縱梁板件情況的方式加載材料。正因如此，當前試樣檢測方法不能可靠且精確地預(yù)測5縱梁復(fù)合板件的性能。

因此，需要低成本、快速、精確且可靠的材料檢測方法和板件設(shè)計方法。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明的一個實施例中，提供用于確定材料失效的方法，該方法包括如下步驟：加工由材料制成的試樣；在試樣上施加第一力和第二力，其中所述第二力不同于所述第一力；以及表征由于所述第一力和所述第二力的施加而產(chǎn)生的材料失效。

在本發(fā)明的另一個實施例中，提供用于設(shè)計復(fù)合板件的方法，該方法包括如下步驟：對具有第一切口的板件的建模，并且確定靠近所述第一切口的組合應(yīng)力狀態(tài)；對試樣應(yīng)力狀態(tài)建模，以復(fù)制所述板件的所述組合應(yīng)力狀態(tài)；加工多個試樣，每個試樣具有第二切口，并且檢測所述多個試樣以獲得多個檢測結(jié)果；基于所述檢測結(jié)果建立數(shù)據(jù)庫；基于所述數(shù)據(jù)庫內(nèi)的多個檢測結(jié)果加工所述板件；以及檢測所述板件。

在各種實施例中可以獨立地或可以與其他實施例組合獲得已經(jīng)描述的特征、方法和優(yōu)點，特征、方法和優(yōu)點的進一步細節(jié)可以參考以下說明書和附圖來理解。

附圖說明

圖1是示例檢測試樣的俯視平面圖；

圖2是用于檢測一種材料試樣的示例方法的流程圖；以及

圖3是用于設(shè)計復(fù)合板件的示例方法的流程圖。

具體實施方式