[发明专利]复合材料层合板等效模量计算及给定载荷下强度校核方法

权利要求书

1.一种复合材料层合板等效模量计算及给定载荷下强度校核方法，其特征在于：包含信息输入模块、运算模块与信息输出模块；输入数据并运行后，计算程序会根据信息输入模块中输入的数据先计算出各单层刚度矩阵，再根据铺层信息整合成层合板整体刚度矩阵；由层合板整体刚度矩阵计算得到纯面内载荷作用和纯弯扭载荷作用下的等效模量及其等效刚度矩阵，并结合载荷信息得到总体应变，进一步结合铺层信息得到每单层的应力应变水平，根据最大应力准则、Tsai-Hill失效准则和Tsai-Wu失效准则判据判断该层合板在指定载荷作用下是否失效；所述的信息输入模块包含有的信息分为材料性能信息、铺层信息与载荷数据信息三部分；其中材料性能信息包括内容有：各单层的轴向模量E₁、横向模量E₂、泊松比μ₁₂、剪切模量G₁₂，各单层的轴向拉伸强度X_t、横向拉伸强度Y_t、轴向压缩强度X_c、横向压缩强度Y_c、剪切强度S，铺层信息包括内容有：各单层的铺放次序ord、厚度t、铺层角度θ，载荷数据信息包括内容有：轴向拉压载荷N^d_x、横向拉压载荷N^d_y、面内剪切载荷N^d_xy，轴向弯曲载荷M^d_x、横向弯曲载荷M^d_y、扭转载荷M^d_xy；以上载荷均为层合板横截面上单位宽度或长度上的内力及内力矩；所述的输入的数据信息利用公式(1-1)～(1-3)计算得到各单层的刚度矩阵Q；

其中，

将式(1-1)写成用应变表示应力的关系式：

其中Q是二维刚度矩阵，由二维柔度矩阵S求逆；

计算得到所述的单层刚度矩阵Q通过整合铺层角度θ、顺序ord及厚度t信息，通过公式(1-4)～(1-9)计算得到层合板的整体刚度矩阵A、D、B；

铺层角为θ时该单层在整体坐标x-y中的应力-应变关系如下：

其中，T为坐标转换矩阵；

考虑层合板是由多层单层板叠合而成，则第k层单层的应力-应变关系为：

对于层合板有

式中，K_x、K_y为板中面弯曲挠曲率，K_xy为板中面扭曲率，ε⁰_x、ε⁰_x、γ⁰_xy为中面应变；

设N_x、N_y、N_xy、M_x、M_x、M_xy为层合板横截面上单位宽度的内力与内力矩，则其与层合板的应力应满足公式(1-7)：

因此，层合板的内力、内力矩与应变的关系转化为

简写为

则获得了层合板刚度矩阵A、D、B。