[發明專利]一種復合材料I型分層橋聯法則確定方法

有效

• 申請號: 201710540112.X
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107330202B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 趙麗濱;賈若迪;王雅娜;王康康;龔愉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G01N3/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種基于虛擬分層擴展試驗的復合材料I型分層橋聯法則確定方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步，開展復合材料層板I型靜力分層擴展試驗，測得其分層擴展過程中的R曲線；所述第一步測得復合材料層板I型分層擴展過程中R曲線的方法是：

A.開展靜力載荷作用下的分層擴展試驗，記錄試驗過程中載荷P、位移d、分層長度a的數據；

B.利用上述試驗測得的P、d、a數據，根據基于修正梁理論的公式計算I型分層擴展過程中不同分層長度下的斷裂韌度數據G_Ic：

其中，P是試驗中的加載載荷，d是加載端的位移，B是試驗件的寬度，Δ是分層長度修正量；采用基于實測柔度C＝d/P的分層長度修正方法獲得，具體實施方法是：對試驗測得的C^1/3～a數據進行線性擬合，以擬合直線在橫軸上截距的絕對值作為分層長度的修正量Δ；

C.采用如下式所示的R曲線理論公式，對分層擴展過程中獲得的斷裂韌度數據G_Ic進行擬合，獲得復合材料層板試驗件I型分層擴展的R曲線，

其中，表示一種特殊的運算法則：l_bz表示纖維橋接區域的長度，G_I,Pro_p是I型分層斷裂韌度穩定值，G_I,Init是I型分層斷裂韌度初始值，Δa表示分層擴展長度，為實測分層長度a與預埋分層長度a₀之差，即Δa＝a-a₀；利用曲線擬合確定橋聯法則具體形式σ_g(δ)的方法是，采用下式所示的指數形式的橋聯法則，對廣義裂紋面橋聯應力隨裂紋面張開位移變化的數據點進行擬合，得到DCB試驗件I型分層過程中廣義裂紋面橋聯法則的具體形式：

其中，δ表示裂紋面張開位移，δ₀是裂紋面張開位移的臨界值，σ_g(δ)表示隨張開位移變化的裂紋面橋聯應力，表示裂紋面橋聯應力的最大值，n是指數；

第二步，建立I型載荷作用下DCB試驗件的三維有限元模型，采用雙線性本構內聚力單元模擬分層界面；

第三步，將R曲線嵌入上述采用內聚力單元模擬分層界面的層合板DCB試驗件的有限元模型，在軟件的隱形分析模塊，開展該DCB試驗件的I型分層擴展模擬；

第四步，從數值模擬結果中調出一組一一對應的載荷P、位移d、分層長度a的數據、分層起始位置處張開位移δ*的數據，利用調出的P、d、a數據計算斷裂韌度數據G_Ic(a)；

第五步，利用斷裂韌度G_Ic(a)和分層起始位置處張開位移δ*的數據，確定廣義裂紋面橋聯應力隨裂紋面張開位移變化規律的數據σ_g(δ*)，并采用曲線擬合確定橋聯法則的具體形式σ_g(δ)；所述第五步利用斷裂韌度G_Ic(a)和分層起始位置處張開位移δ*的數據，確定廣義裂紋面橋聯應力隨裂紋面張開位移的變化規律σ_g(δ*)的方法是，將上述斷裂韌度數據G_Ic(a)和分層起始位置處張開位移δ*的數據，代入如下式所示的差分形式的公式：

其中，G_Ic(a_i)和G_Ic(a_j)分別表示分層長度為a_i和a_j下的斷裂韌度，δ*(a_i)和δ*(a_j)分別表示分層長度為a_i和a_j時分層起始位置處的張開位移。

2.根據權利要求1所述一種基于虛擬分層擴展試驗的復合材料I型分層橋聯法則確定方法，其特征在于：所述第三步將R曲線嵌入DCB試驗件有限元模型，開展I型分層擴展模擬的方法是，編寫子程序USDFLD，將R曲線嵌入內聚力單元本構定義模塊，其中，在子程序USDFLD中以單元坐標為自變量，建立單元坐標和分層長度，以及分層長度與斷裂韌度之間的映射關系，并將子程序USDFLD嵌入數值計算中。

3.根據權利要求1所述一種基于虛擬分層擴展試驗的復合材料I型分層橋聯法則確定方法，其特征在于：所述第四步根據數值模擬結果計算I型分層斷裂韌度數據的方法是，利用數值模擬中調出的P、d、a數據，并采用基于修正梁理論的I型分層斷裂韌度的計算公式，計算I型分層擴展過程中的斷裂韌度數據G_Ic(a)。