[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

说明书

本发明涉及复合材料设计领域，具体地说是一种复合材料层合板等效模量计算及给定载荷下的强度校核。包含信息输入模块、运算模块与信息输出模块。在信息输入模块中输入材料性能信息、铺层信息及载荷数据信息，计算程序会根据输入的数据计算出复合材料层合板的三个刚度矩阵A、D、B，并根据A矩阵与D矩阵计算出纯面内载荷作用下及纯弯扭作用下的层合板等效模量及相应的等效刚度矩阵。同时根据层合板刚度矩阵与载荷信息计算得到层合板的整体应变及挠曲率，进一步可以得到每一单层的应力应变信息，通过采用三种复合材料失效准则，从而校核该层合板在规定载荷作用下是否满足强度要求。本发明极大地提高计算速度，并且对于简单受力情况下的层合板分析可以直接快速地得到应力应变精确数值解，提高设计效率。

技术领域

本发明涉及复合材料的结构设计领域，具体地说是一种计算复合材料层合板等效模量及在给定载荷作用下的强度校核程序。

背景技术

众所周知，在复合材料有限元分析过程中，由于复合材料结构的复杂性及材料的各向异性，定义材料属性时往往需要进行繁琐的铺层信息输入，尤其是对于具有较多铺层或者较复杂结构的复合材料制件进行分析时，需要耗费大量的时间成本用于赋予材料属性。由于对称均衡铺层复合材料层合板没有拉弯、拉扭耦合，并且拉剪耦合系数又较小，通过等效模量方法简化材料属性赋予过程，对于平面应力问题或者纯弯扭问题既节约了时间成本，提高设计效率，又可以保证较高的计算精度。

目前对承受面内拉压剪力作用或弯扭作用的层合板进行强度分析普遍使用有限元分析方法实现。使用有限元软件进行计算分析时会在载荷施加位置获得较真实应力更大的集中应力，这往往是设计人员不想得到的。这种集中应力使得有限元分析结果无法正确直观地反映层合板的受力情况，并且根据圣维南原理，该力只是局部效应，对于整体结构受力没有影响。而使用数值解法计算该种受力状态下的层合板内力时可以达到很高的计算精度，并且输入信息少，计算效率高，计算结果能够反映层合板整体的受力状态，因此对于该种问题，数值解法要优于有限元分析。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有的技术不足，提供一种计算复合材料层合板等效模量及在给定载荷作用下的强度校核程序，可以计算对称均衡铺层层合板的等效模量和等效刚度矩阵，简化有限元分析过程，降低分析复杂度，提高分析效率，并且针对层合板承受面内载荷或弯扭载荷作用进行高效数值求解应力应变，采用三种常用的失效准则校核层合板的强度值，为设计人员进行复合材料结构设计提供设计基础及依据。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种复合材料层合板等效模量计算及给定载荷下的强度校核，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每单层刚度矩阵，再根据铺层信息整合成层合板刚度矩阵。由层合板刚度矩阵可以计算得到纯面内载荷作用和纯弯扭载荷作用下的层合板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。