[發(fā)明專利]一種復合材料膠接修理結(jié)構(gòu)強度評估方法

在審

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• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN111122319A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊曄楠;賈欲明;成煒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團公司西安飛機設(shè)計研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/24;G01N3/04
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發(fā)明屬于復合材料強度技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復合材料膠接修理結(jié)構(gòu)強度評估方法。本發(fā)明使用ABAQUS用戶子程序VUMAT編寫復合材料本構(gòu)關(guān)系，cohesive界面單元模擬膠接界面，使用Hashin準則、二次名義應力準則，以及基于能量的連續(xù)退化方式，分別模擬復合材料、膠接界面的初始失效和漸進損傷過程；基于試驗方法，設(shè)計軸壓和剪切情況下復合材料加筋壁板三維模型的邊界和載荷施加方法；采用ABAQUS顯示動力學方法計算復合材料加筋壁板膠接修理結(jié)構(gòu)的強度；采用穩(wěn)定性分析與顯示動力學方法相結(jié)合的方法計算復合材料加筋壁板完好結(jié)構(gòu)的強度。利用上面的技術(shù)，用來對復合材料加筋壁板修理結(jié)構(gòu)進行有限元仿真分析，并對其原始結(jié)構(gòu)、損傷結(jié)構(gòu)進行強度對比，實現(xiàn)修理方案的可設(shè)計性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復合材料強度技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復合材料膠接修理結(jié)構(gòu)強度評估方法。

背景技術(shù)

復合材料加筋壁板是最為常見的航空主結(jié)構(gòu)形式，對該結(jié)構(gòu)形式及修理方案進行分析計算，能夠指導結(jié)構(gòu)及修理設(shè)計，提高設(shè)計效率。目前大多數(shù)分析都基于二維模型展開，而修理結(jié)構(gòu)需考慮幾何的三維特征，需使用三維模型進行模擬。

膠接修理方案的制定涉及復合材料本體、修理膠膜的材料本構(gòu)特征，還需考慮加筋壁板結(jié)構(gòu)在軸壓和剪切載荷下的失穩(wěn)特征，施加與試驗方法最相符的邊界條件，對穩(wěn)定性分析至關(guān)重要。修理方案的強度恢復效果需對比完好結(jié)構(gòu)件、損傷結(jié)構(gòu)件及膠接修理件的強度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的：本發(fā)明的主要使用ABAQUS用戶子程序VUMAT編寫復合材料本構(gòu)關(guān)系， cohesive界面單元模擬膠接界面，使用Hashin準則、二次名義應力準則，以及基于能量的連續(xù)退化方式，分別模擬復合材料、膠接界面的初始失效和漸進損傷過程；基于試驗方法，設(shè)計軸壓和剪切情況下復合材料加筋壁板三維模型的邊界和載荷施加方法；采用ABAQUS顯示動力學方法計算復合材料加筋壁板膠接修理結(jié)構(gòu)的強度；采用穩(wěn)定性分析與顯示動力學方法相結(jié)合的方法計算復合材料加筋壁板完好結(jié)構(gòu)的強度。

利用上面的技術(shù)，用來對復合材料加筋壁板修理結(jié)構(gòu)進行有限元仿真分析，并對其原始結(jié)構(gòu)、損傷結(jié)構(gòu)進行強度對比，實現(xiàn)修理方案的可設(shè)計性。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種復合材料膠接修理結(jié)構(gòu)強度評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，建立復合材料加筋壁板三維有限元模型，單元類型為實體單元，通過ABAQUS 提供的用戶自定義子程序接口編寫復合材料三維本構(gòu)關(guān)系及初始失效判據(jù)，定義材料發(fā)生失效后損傷變量以及復合材料三維本構(gòu)關(guān)系的變化；

步驟二，在加筋壁板長桁和壁板之間、補片和損傷孔之間建立界面單元cohesive，通過 ABAQUS對材料定義時，首先對膠膜定義初始失效判據(jù)，模擬膠接界面的漸進損傷；

步驟三，施加邊界及載荷條件，計算加筋壁板結(jié)構(gòu)承載能力及破壞模式。

步驟四，復合材料加筋壁板完好結(jié)構(gòu)，需用ABAQUS的Bulk模塊進行屈曲分析，將一階和二階模態(tài)下的結(jié)點位移乘以系數(shù)進行疊加，以初始擾動的方式施加于結(jié)構(gòu)上，然后按照步驟一、二、三計算結(jié)構(gòu)的承載能力及破壞模式。

步驟五，復合材料加筋壁板損傷結(jié)構(gòu)及修理結(jié)構(gòu)，按照步驟一、二、三計算結(jié)構(gòu)的承載能力及破壞模式。

步驟六，比較復合材料加筋壁板完好結(jié)構(gòu)、損傷結(jié)構(gòu)、修理結(jié)構(gòu)的承載能力。得出修理方案是否可行的結(jié)論。

所述邊界及載荷條件包括軸壓工況和剪切工況。

所述軸壓工況邊界的施加方法：在夾具夾持部位施加位移約束，一端固支，另一端沿軸向施加位移載荷，在翼肋位置施加法向變形約束；