[發明專利]低速沖擊下復合材料層合板漸進失效的多尺度預測方法

有效

• 申請號: 201810207476.0
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108804735B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 廖斌斌;鄭津洋;王棟亮;顧超華;洪偉榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14;G06F113/26
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及復合材料層合板損傷預測領域，旨在提供一種低速沖擊下復合材料層合板漸進失效的多尺度預測方法。該方法包括：建立含沖錘、復合材料層合板以及支撐板的低速沖擊有限元模型；基于微觀力學建立復合材料多尺度預測；基于多尺度方法求解低速沖擊載荷下復合材料層合板應力、應變和損傷；對低速沖擊進行計算，進一步獲得沖擊力、位移、速度和加速度。本發明從微觀角度出發預測宏觀漸進失效行為，相比于基于復合材料宏觀力學理論的研究方法，本發明考慮微觀纖維和基體力學性能差異對復合材料層合板宏觀力學性能的影響，更本質且較為準確的預測復合材料層合板在低速沖擊載荷下的漸進失效行為。

技術領域

本發明是關于復合材料層合板損傷預測領域，特別涉及低速沖擊下復合材料層合板漸進失效的多尺度預測方法。

背景技術

當前，復合材料層合板正廣泛應用于航空航天、風力發電、汽車等高新技術領域。但是低速沖擊損傷對復合材料層合板的強度、剛度及剩余性能都有較大的影響，因此必須清楚的了解在低速沖擊下復合材料層合板的漸進失效過程。

現有的國內外復合材料層合板低速沖擊研究基本都是基于宏觀失效準則(比如Hashin、Puck和Phiho失效準則等)來識別復雜的復合材料損傷模式。盡管上述宏觀失效準則通過假定復合材料為均一化的材料實現復合材料損傷的預測，但都是基于復合材料宏觀力學理論，并不考慮微觀纖維和基體力學性能差異的影響，而微觀纖維和基體性能直接與復合材料宏觀力學響應密切相關，因此低速沖擊載荷下復合材料層合板損傷機制的研究需要從微觀角度出發預測宏觀漸進失效行為。目前能較為準確的預測低速沖擊下復合材料層合板漸進失效的多尺度方法很少，因此提出一種低速沖擊下復合材料層合板漸進失效的多尺度預測方法尤為重要。

復合材料層合板強度計算分析一般可采用通用的有限元軟件ABAQUS進行，但是通過ABAQUS軟件自帶的模塊僅可以基于二維HASHIN宏觀失效準則對復合材料層合板進行低速沖擊下的漸進失效研究，但無法直接采用多尺度方法預測低速沖擊下復合材料層合板的漸進失效。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種低速沖擊下復合材料層合板漸進失效的多尺度預測方法。

為解決上述技術問題，本發明的解決方案是：

提供一種低速沖擊下復合材料層合板漸進失效的多尺度預測方法，包括下述過程：

過程一、建立含沖錘、復合材料層合板以及支撐板的低速沖擊有限元模型；

過程二、基于微觀力學建立復合材料多尺度預測方法；

過程三、基于多尺度方法求解低速沖擊載荷下復合材料層合板應力、應變和損傷；

過程四、對低速沖擊進行計算，進一步獲得沖擊力、位移、速度和加速度；

所述過程一中包括：基于通用的有限元軟件ABAQUS建立沖錘、復合材料層合板、支撐板部件；分別設置材料屬性和劃分網格，再用ABAQUS自帶的ASSEMBLY模塊對其組裝之后設置分析步和通用接觸屬性；

所述過程二具體包括下述四個步驟：

步驟(1)：建立微觀應力和宏觀應力的對應關系，求取應力放大系數分量

(a)微觀應力和宏觀應力的對應關系；

其中，M_σ為應力放大系數，M_ij(i,j＝1,2,3,4,5,6)為應力放大系數的分量，σ為微觀應力，為宏觀應力；σ_i(i＝1,2,3)為三個正方向的微觀應力，σ_i(i＝12,23,13)為三個剪切方向的微觀應力；為三個正方向的宏觀應力，為三個剪切方向的宏觀應力；

(b)獲取應力放大系數分量；