[發(fā)明專利]一種含脫層復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)剩余承載強度的計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010021710.8
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111125615B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛江紅;金福松;夏飛;梁浩鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類號: G06F17/13
• 分類號: G06F17/13
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔣劍明

本發(fā)明公開了一種含脫層復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)剩余承載強度的計算方法，步驟如下：確定復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的鋪層方式以及單層板的材料參數(shù)；確定貫穿矩形脫層的脫層發(fā)生的位置、大小以及層數(shù)；根據(jù)脫層X方向的發(fā)生位置將層合板劃分為若干個子板，根據(jù)脫層Z方向的發(fā)生位置將子板劃分為若干個子區(qū)域，計算每個子板中每個子區(qū)域的彎曲剛度、拉伸剛度及拉彎耦合剛度；將子板中每個子區(qū)域相加等效為一個不含脫層的完整子板；建立用撓度表示的平衡微分方程；將滿足平衡微分方程及定解條件的最小解作為該脫層層合板的臨界屈曲荷載。該計算方法通過剛度等效原則避免考慮脫層界面的復(fù)雜接觸性能，解決含多個脫層的復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的剩余承載能力的計算問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料承載強度計算技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含脫層復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)剩余承載強度的計算方法。

背景技術(shù)

復(fù)合材料制備工藝的不成熟、運輸中的損傷以及其他各種人為的因素，均會導(dǎo)致材料出現(xiàn)脫層損傷。由于復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)中脫層的出現(xiàn)，復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的承載能力就會降低。

在對含脫層復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)進(jìn)行剩余承載強度的評估時，由于脫層位置、數(shù)量、形狀的不確定性以及脫層區(qū)域的接觸性能的復(fù)雜性，所以很難用傳統(tǒng)的理論分析方法來計算復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的剩余承載能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種含脫層復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)剩余承載強度的計算方法，該方法通過剛度等效原則對結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化分析以計算其剩余承載強度。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種含脫層復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)剩余承載強度的計算方法，所述的計算方法包括以下步驟：

S1、針對含貫穿脫層損傷的復(fù)合材料層合板，確定復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的鋪層方式以及單層板的材料參數(shù)；

S2、針對貫穿矩形脫層的X方向的發(fā)生位置，將層合板劃分為若干個子板，其中，X方向為脫層所在平面的X方向，針對貫穿矩形脫層的垂直脫層所在平面Z方向的發(fā)生位置，將層合板劃分為若干個子區(qū)域，確定脫層處于的位置、以脫層為界線的上下兩個區(qū)域含有的單層板的層數(shù)k以及脫層距離層合板右端的距離，其中，Z方向為垂直脫層所在平面的方向；

S3、計算每個子板中每個子區(qū)域的彎曲剛度、拉伸剛度以及拉彎耦合剛度；

S4、將一個子板的所有子區(qū)域的彎曲剛度、拉伸剛度以及拉彎耦合剛度相加等效為一個不含脫層的完整子板；

S5、建立用撓度表示的平衡微分方程；

S6、利用定解條件進(jìn)行迭代求解，將滿足平衡微分方程以及定解條件的最小的解作為該脫層層合板的臨界屈曲荷載。

進(jìn)一步地，所述的材料參數(shù)包括：復(fù)合材料層合板水平方向的彈性模量E₁₁、復(fù)合材料層合板豎直方向的彈性模量E₂₂、復(fù)合材料層合板的剪切模量G₁₂、復(fù)合材料層合板的X方向的泊松比μ₁₂、復(fù)合材料層合板的Y方向的泊松比μ₂₁、復(fù)合材料單層板的厚度h、復(fù)合材料單層板的鋪設(shè)角θ、復(fù)合材料單層板的層數(shù)p，Y方向為脫層所在平面的Y方向。

進(jìn)一步地，所述的步驟S2中將層合板劃分為若干個子板過程如下：

S21、從層合板左邊界到第一個脫層出現(xiàn)為第一個子板，從第一個脫層出現(xiàn)的位置到第二個脫層出現(xiàn)的位置為第二個子板，如果第一個脫層開始到結(jié)束的位置沒有第二個脫層出現(xiàn)，則第一個脫層開始到結(jié)束的位置為第二個子板，從第二個子板結(jié)束的地方到右邊最鄰近的一個脫層開始或結(jié)束的地方(到脫層開始距離最近就到開始位置，到脫層結(jié)束位置最近即到結(jié)束位置)為第三個子板，以此類推，如果第N個脫層開始到結(jié)束的位置沒有第N+1個脫層出現(xiàn)，則第N個脫層開始到結(jié)束的位置為第N+1個子板；