[发明专利]一种基于终层失效的复合材料层合板分析方法

说明书

本发明公开了一种基于终层失效的复合材料层合板分析方法，包括：S101、确定复合材料层合板的属性和结构特征；S102、确定复合材料层合板中的随机变量，并对各随机变量进行均匀离散化；S103、构建各随机变量的发生函数；S104、构建抗力序列发生函数；S105、构建系统抗力发生函数；S106、计算层合板的可靠度；本发明结合了复合材料层合板失效路径(抗力序列)之间因含有共同失效单元，以及抗力序列内部各失效单元因共享同一随机载荷源而引起的失效相关性，为复合材料层合板强度可靠性分析提供了一种新思路。

技术领域

本发明属于复合材料层合板分析的技术领域，具体涉及一种基于终层失效的复合材料层合板分析方法。

背景技术

复合材料由两种或多种不同性质的材料用物理或化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料，它既保留了原组分材料的性能，又增加了原组分材料不具备的新性能。复合材料因较高的比强度、比模量和较好的可设计性等优异性能被广泛应用于航空航天、汽车、机械等领域。

对于复合材料层合板，由于复合材料组分材料存在各向异性和较大的分散性等特点，在强度分析时，受到载荷、环境和层合结构等诸多不确定因素的影响，因此对复合材料层合板结构进行可靠性分析是十分必要的。

作为机械轻量化设计的重要选材之一，纤维增强复合材料在工程装备与产品中的应用日益广泛。对于复合材料层合板，由于复合材料组分材料存在各向异性和较大的性能分散性，在强度分析时，需考虑较多随机变量，通常情况下随机变量的统计信息与正态分布不尽相符，多呈非正态分布；层合单元的Tsai-Hill强度准则、Tsai-Wu强度准则和Hoffman准则的功能函数多为非线性函数；此外层合板的失效单元之间以及各强度序列之间均存在失效相关性；在层合板失效过程中，往往伴随着载荷的转移和再分配等问题。这些给复合材料层合板的可靠性分析带来了一定困难，传统的可靠性分析方法并不能有效解决这些难题。发生函数法利用发生函数替代概率分布函数描述宏观强度、刚度及细观随机源，可跨尺度传递各随机变量的统计信息，通过复合算子的良好特性实现随机变量统计信息从细观向宏观的跨尺度精确传递，避免因忽略尺寸效应和非正态随机性导致的分析误差。

发生函数法以统一的表达式描述系统中各元件的性能与其性能概率之间的关系，因易编程、计算效率高等特点，在电子产品、电力系统以及机械系统的可靠性分析中得到了广泛的应用。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种能够根据不同情况定义算子和性能结构函数，且基于终层失效的复合材料层合板分析方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于终层失效的复合材料层合板分析方法，包括：

S101、确定复合材料层合板的属性和结构特征；

S102、确定复合材料层合板中的随机变量，并对各随机变量进行均匀离散化；

S103、构建各随机变量的发生函数；

S104、构建抗力序列发生函数；

S105、构建系统抗力发生函数；

S106、计算层合板的可靠度。

优选地，所述确定复合材料层合板材料的属性和几何特征，具体包括：

S01、获取复合材料层合板的弹性常数：弹性模量E₁和E₂、剪切模量G₁₂和泊松比ν₂₁；

S02、获取复合材料层合板的强度参数：纵向拉伸强度X_T、横向拉伸强度Y_T、纵向压缩强度X_C、横向压缩强度Y_C及剪切强度S。