[發(fā)明專利]一種復合材料應變率相關的強度評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810750841.2
• 申請日: 2018-07-10
• 公開（公告）號: CN108956264B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設計）人: 張培偉;于靜巍;費慶國;李彥斌;郭飛;陳強
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐瑩

本發(fā)明提供了一種復合材料應變率相關的強度評估方法，針對目前復合材料強度評估方法中未考慮應變率效應、依賴于試驗數(shù)據(jù)經驗性地修正而缺乏理論依據(jù)的問題，本發(fā)明基于能量密度理論，考慮了復合材料在動荷載作用下的應變率效應，推導得到了復合材料在動荷載作用下的畸變能密度方程，建立了應變率相關的強度評估方法，該方法能夠準確地評估復合材料在動荷載作用下的極限強度，避免了大量的動態(tài)試驗測試，為各類復合材料結構的設計提供一種可靠的評估方法。

技術領域

本發(fā)明涉及一種復合材料，具體涉及一種復合材料的強度評估方法。

背景技術

復合材料具有低密度、高比強度和比剛度等優(yōu)點，在航天結構、汽車工業(yè)、海洋結構等領域有著廣泛的應用。復合材料結構在服役過程中，不可避免地受到碰撞、沖擊等動荷載作用，使材料表現(xiàn)出明顯的應變率效應。傳統(tǒng)的復合材料強度準則如最大應力準則、Tsai-Hill準則、Tsai-Wu準則等，針對材料的靜強度發(fā)展了相應的強度評估方法，但是忽略了材料在動荷載作用下的應變率效應。

目前對于復合材料動態(tài)破壞過程、失效機理的認識尚且不夠深入，尚未建立起有效的表征手段和強度評估方法。現(xiàn)有強度評估方法通常以靜強度為核心，通過動態(tài)試驗進行經驗性地修正，以評估應變率對材料強度的影響。動態(tài)試驗由于周期長、消耗大，制約了各類復合材料結構的設計與研制。因此，通過理論方法建立起有效的復合材料應變率相關的強度評估手段，對各類復合材料結構設計具有重要的實際意義。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種復合材料應變率相關的強度評估方法，解決了目前復合材料強度評估方法中未考慮應變率效應、依賴于試驗經驗性地修正而缺乏理論依據(jù)的問題。

技術方案：本發(fā)明提供了一種復合材料應變率相關的強度評估方法，包括以下步驟：

(1)考慮復合材料在動荷載作用下具有的應變率效應，建立應變率相關的本構方程：

式中，σ為應力張量，ε為應變張量，K為材料的剛度矩陣，為應變率的相關函數(shù)，表示應變率對材料應力-應變關系的影響，具體形式為：

式中，為材料在動荷載作用下的應變率；為參考應變率，即準靜態(tài)荷載下的應變率；m是冪律指數(shù)，為材料常數(shù)；

基于能量密度理論，結合所述本構方程推導出材料的畸變能密度為：

式中，υ_d為材料的畸變能密度，ε₁為材料在單軸即1方向荷載下的軸向應變值，F(xiàn)為相關系數(shù)項，具體形式為：

式中，k_ij為剛度矩陣K中的系數(shù)項，v_ij為材料的泊松比，下標i、j代表材料的3個主方向；

(2)材料的畸變能密度存在閾值υ_ds，準靜態(tài)荷載下材料的應變率為則此時由下式求得υ_ds：

式中，ε_s0為準靜態(tài)單軸即1方向荷載下材料的軸向失效應變值；

從而由畸變能密度閾值υ_ds推導出不同應變率下材料的軸向即1方向的失效應變ε_s為：

進而結合所述本構方程推導出材料軸向即1方向的極限強度σ_s為：