[发明专利]一种考虑缺陷尺寸效应的复合材料缺陷容限性能表征方法

权利要求书

1.一种考虑缺陷尺寸效应的复合材料缺陷容限性能表征方法，该方法具体步骤如下：

步骤一、建立考虑缺陷尺寸效应的疲劳剩余强度曲面模型

单一缺陷尺寸下的疲劳剩余强度性能表示为

n＝C(s-S₀)^p[R₀-R(n)]^q (1)

式中，s为疲劳应力；R(n)为剩余强度；n为疲劳加载循环次数；S₀为疲劳极限，由试验数据拟合得到；R₀为初始剩余强度；C、p和q为材料常数；

缺陷尺寸对复合材料的疲劳剩余强度性能有显著影响，复合材料疲劳极限S₀、初始剩余强度R₀以及分散性σ会随着缺陷尺寸的增大而降低，它们的之间关系能表示为

式中，d为缺陷尺寸；α₁、β₁、α₂、β₂、α₃和β₃为待定参数；由式(2)至式(4)看出：和σ₀分别为无缺陷复合材料的疲劳极限、初始剩余强度和子样标准差；

将式(2)至式(4)代入式(1)，得到考虑缺陷尺寸效应的疲劳剩余强度模型：

步骤二、确定疲劳剩余强度曲面模型参数

根据定量方程随机化方法，对第i个缺陷尺寸d_i下的复合材料疲劳剩余强度性能试验数据进行拟合，得到式(1)中的待定常数C_i、p_i和q_i；再对估计的待定常数C_i、p_i和q_i进行归一化处理，获得适合任一缺陷尺寸的模型常数C、p和q，即

式中，m为缺陷尺寸的个数；

将归一化的模型常数C、p和q代入式(1)，再对第i个缺陷尺寸d_i下的复合材料疲劳剩余强度性能试验数据进行拟合，得到式(1)中的待定常数(S₀)_i、(R₀)_i和子样标准差σ_i：

式中，n_ij、s_ij和R_ij为试验数据，l_i为子样大小；

对式(2)取对数，采用线性回归方法，得到待定常数α₁和β₁：

式中，

同理，确定式(3)和式(4)中的待定常数α₂、β₂、α₃和β₃；

步骤三、建立考虑缺陷尺寸效应的疲劳剩余强度概率曲面模型

由于疲劳寿命服从对数正态分布，即

式中，U为服从正态分布N[0,σ²]的随机变量；

将子样标准差σ(即式(4))代入式(13)，并进行变换，得到指定可靠度P和置信度γ下，考虑缺陷尺寸效应的疲劳剩余强度概率曲面模型：

式中，为标准差修正系数，u_p为标准正态偏量，t_γ为t-分布偏量。