[發明專利]一種考慮應力比和纖維橋接影響的復合材料層板疲勞分層擴展行為預測方法

有效

• 申請號: 202011513284.6
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112733324B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 龔愉;張寒松;姚建堯;劉浩;張建宇
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/26;G06F119/14;G06F119/02
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1.一種考慮應力比和纖維橋接影響的復合材料層板疲勞分層擴展行為預測方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1，根據ASTM標準D5528-13對復合材料層板進行拉伸載荷下的靜力和疲勞分層擴展試驗，分別獲得靜力層間斷裂韌性、不同應力比和不同纖維橋接作用下的疲勞分層擴展試驗數據；

所述復合材料層板的鋪層順序為(+45/-45/0₆)_S//(-45/+45/0₆)_S，其中雙斜杠//表示聚四氟乙烯薄膜的位置，聚四氟乙烯薄膜用于形成預制裂紋；復合材料層板采用T700/QY9511碳纖維/雙馬來酰亞胺樹脂體系的預浸料按照順序鋪設后，經過固化爐固化和采用金剛石刀具按照設計尺寸切割而成；

步驟2，利用柔度法確定疲勞分層阻力G_cf(a)，這是通過比較靜力與疲勞試樣的柔度實現的；

步驟3，計算分層擴展驅動力ΔG_eq，將擴展驅動力與疲勞分層阻力的比值作為疲勞分層擴展行為的控制參量；

所述步驟3中分層擴展驅動力采用修正梁理論公式計算，所需實驗數據包括分層長度和對應的載荷與位移；其計算公式為：

其中，γ是一個材料常數，可以通過擬合疲勞數據的試誤差法來確定，G_max是疲勞載荷下的最大應變能釋放率，G_min是疲勞載荷下的最小應變能釋放率，計算公式為：

其中，P、δ、a和B分別為載荷、施加位移、分層長度和試樣寬度；Δ為分層長度的修正量，用來考慮試樣在裂尖位置由于材料各向異性而附加的位移和轉動；

步驟4，建立采用ΔG_eq/G_cf(a)作為控制參量的新型疲勞分層模型，采用該模型對步驟1中獲得的典型試驗數據進行擬合，獲得模型參數C、m和γ；

所述步驟4中采用擴展驅動力與疲勞分層阻力的比值作為疲勞分層擴展行為的控制參量，基于該控制參量建立的新型疲勞分層模型為：

其中，ΔG_eq為分層擴展驅動力，G_cf(a)是裂紋長度為a時的疲勞分層阻力，N是疲勞載荷的循環次數，是疲勞分層擴展速率，C、m和γ與材料相關的參數；

所述步驟4中新型疲勞分層模型中擬合參數C、m和γ是通過對不同應力比和不同纖維橋接作用下的典型試驗數據進行最小二乘擬合獲得的；

步驟5，采用參數確定的疲勞分層模型預測其他應力比和纖維橋接作用情況下的疲勞分層擴展速率；

所述步驟5通過參數確定的新型疲勞分層模型可以預測任何其他應力比和纖維橋接作用程度下疲勞分層擴展速率。