[發明專利]一種兩相材料復合結構過渡區的等效彈性模量預測方法

有效

• 申請號: 201510923938.5
• 申請日: 2015-12-11
• 公開（公告）號: CN105550513B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 吳存利;王立凱;郭紹偉
• 申請（專利權）人: 中國飛機強度研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 劉麗萍

本發明公開了一種兩相材料復合結構過渡區的等效彈性模量預測方法，屬于材料性能預測技術領域。包括針對兩相材料復合結構過渡區建立了過渡區等效力學性能預測的細觀力學模型。模型中引入了過渡區由分段均勻介質層構成以及細觀力學中顆粒夾雜復合材料的思想，將一種材料假定為基體相，另一種假定為夾雜相。然后通過細觀力學中等效力學屬性預測的Mori?Tanaka場平均理論建立過渡區的等效模量預測方法。從而得到了各個均勻介質層等效力學屬性的顯式描述形式以及過渡區等效模量沿梯度方向的變化表述形式，為過渡區等效模量的預測提供了直觀而便于應用的理論分析方法，為復合結構力學性能的進一步理論分析研究以及工程中針對這一結構的設計和優化提供了理論基礎。

技術領域

本發明屬于材料性能預測技術領域，具體涉及一種兩相材料復合結構過渡區的等效彈性模量預測方法。

背景技術

兩相材料復合結構是將兩種材料屬性不同的材料通過激光焊接或傳統的復合材料成形技術，將兩種材料連接為一個整體的復合結構，因此這種復合結構可以根據工程應用實際要求來進行設計。比如由兩相材料構成的工字梁復合結構，其由構成復合結構的材料1區、材料2區以及由兩種材料構成的過渡區三個部分構成。

復合結構過渡區域由非單一勻質材料構成，對復合結構的性能表征和疲勞斷裂行為等均會產生顯著的影響。因此，為了揭示這種兩相材料復合結構的力學行為機理和基礎問題本質，并為這種結構的工程應用提供失效判據和設計準則，需要提供一種針對其過渡區的等效模量預測方法。

發明內容

為了解決上述問題，本發明針對兩相材料復合結構過渡區，給出一種等效模量的預測方法。

本發明兩相材料復合結構過渡區的等效彈性模量預測方法，主要包括以下步驟：

步驟一、將過渡區自基體相向夾雜相方向劃分為多個均勻介質層，所述基體相與夾雜相分別為所述兩相材料復合結構內的兩種單一材料，所述過渡區為所述兩相材料復合結構內基體相與夾雜相混合的區域；

步驟二、建立夾雜相平均應變同基體相平均應變間的聯系；

步驟三、設定通過復合材料總平均場量是各夾雜相相應場量體積平均的均勻化處理從而得到等效彈性模量顯式描述。

優選的是，建立夾雜相平均應變同基體相平均應變間的聯系包括：

假定過渡區均勻介質層受到均勻應力的作用，基體相的平均應力和應變分別為σ₀和ε₀，相應的夾雜相的平均應力和應變分別為σ₁和ε₁，依據場量平均理論可得：

其中V＝V(x)為每一均勻介質層中夾雜相的體積分數,且夾雜相和基體相的體積分數遵守體積守恒原則,引入過渡區的等效剛度張量L，則可得每一均勻介質層的平均應力-應變關系為：

其中為均勻應變；

當基體相中無夾雜相存在時，基體相在外加均勻應力作用下的應力-應變關系為：

當夾雜相存在于基體相中時，基體相產生擾動應力～和擾動應變而在夾雜相中產生的擾動應力和應變相對于基體相的擾動應力和應變分別存在應力和應變差值σ′和ε′，則基體相和夾雜相的應力-應變關系分別為：

其中基體相和夾雜相內的應變分別為：

由式(3)(4)聯立獲得擾動應力和擾動應變滿足關系：