[發明專利]一種金屬基復合材料在譜載荷下應力應變響應計算方法

在審

• 申請號: 202110284300.7
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113515835A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 孫志剛;姚旭博;牛序銘;肖瀚民;劉炎;宋迎東
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G16C10/00;G16C60/00;C22F1/18;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

1.一種金屬基復合材料在譜載荷下應力應變響應計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：基于帶基體裂紋長度的單胞模型求解單胞模型裂紋平面處復合材料基體和纖維承擔的應力；

步驟二：將帶裂紋的單胞模型的基體及纖維分成n個單元；

步驟三：基于步驟一和步驟二建立含基體裂紋長度的摩擦滑移模型；

步驟四：確定SiC/Ti復合材料基體屈服條件，判斷基體是否進入塑性屈服，求解帶裂紋的單胞模型進入塑性屈服后裂紋平面處復合材料基體及纖維承擔的應力；

步驟五：基于步驟三，步驟四求解基體非邊界單元屈服時，界面剪應力及纖維和基體應力應變；

步驟六：進行基體和纖維應變協調判斷；

步驟七：求解復合材料特征單元、基體和纖維平均應力應變；

步驟八：基于上述步驟中含基體裂紋長度及基體塑性屈服的摩擦滑移模型計算譜載荷下金屬基復合材料應力應變響應。

2.根據權利要求1所述的金屬基復合材料在譜載荷下應力應變響應計算方法，其特征在于，

所述步驟一的具體步驟是：

基于帶裂紋長度的金屬基復合材料單胞模型，求解金屬基復合材料單胞模型裂紋平面處基體和纖維承擔的應力；

假設基體承擔的應力與基體截面面積成線性關系，當復合材料兩端受到大小為σ的拉伸載荷時，裂紋平面處，完好的基體承擔的應力σ_m1為，

其中：E_m為基體的彈性模量，E_c為復合材料彈性模量，σ表示外加應力，根據混合率E_c＝V_fE_f+V_mE_m，E_f為纖維的彈性模量，V_f,V_m分別為纖維和基體的體積分數，V_m＝1-V_f；r₀為平均裂紋長度，r_f為纖維半徑，r_m為基體半徑，Q為基體裂紋平面處完好基體在整個基體面積的占比；

由裂紋平面處軸向應力平衡，

σπr_m²＝σ_f1πr_f²+σ_m1π(r_m²-r₀²)

其中：π為圓周率，σ_f1為纖維在基體裂紋平面承擔的應力，

得到裂紋平面處纖維的應力為，

其中：P為一個中間量；

3.根據權利要求2所述的金屬基復合材料在譜載荷下應力應變響應計算方法，其特征在于，

所述步驟二的具體步驟為：

將帶基體裂紋長度的單胞模型中的基體及纖維分成n個單元，將n個單元依次編號為1,2,3,…,i,…n，i表示第i個單元，用彈簧來連接各單元；其中，單胞長度L/2是兩個相鄰裂紋之間距離L的一半，每個單元長度

基體之間的柔度c_f為：

纖維之間的柔度c_m為：