[发明专利]一种预测复合材料层合板失效强度的方法

说明书

本发明公开的一种预测复合材料层合板失效强度的方法，包含以下顺序的步骤：步骤一、建立复合材料层合板有限元模型；步骤二、建立复合材料损伤本构模型；步骤三、基于ABAQUS‑VUMAT有限元用户动态子程序模块，使用FORTRAN语言编写用户自定义子程序实现提出的损伤本构模型，以求解应力、应变和损伤；步骤四、对有限元模型进行计算，预测复合材料层合板的失效强度。本发明利用ABAQUS‑VUMAT用户自定义子程序来数值实现所建立的三维损伤本构模型，该模型同时考虑了剪切非线性和损伤累积导致材料性能退化的影响，能准则预测复合材料的失效强度。

技术领域

本发明涉及复合材料力学性能分析领域，特别涉及一种预测复合材料层合板失效强度的方法。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料具有高比模量和比强度、优良的能量吸收性能，特别是各向刚度与强度可设计性等特点，广泛应用在航空航天、军事、海洋、土木和机械等工程领域。由于基体材料具有塑性特点，已有大量实验研究表明很多纤维增强树脂基复合材料(如AS4/3501-6、AS4/PEEK和T300/914等)展现出显著的非线性力学行为。Lafarie-Frenot等(LAFARIE-FRENOT M C,TOUCHARD F.Comparative in-plane shear behaviour of long-carbon-fibre composites with thermoset or thermoplastic matrix[J].CompositesScience and Technology,1994,52(3):417-25.)对T300/914碳纤维/环氧树脂及AS4/PEEK碳纤维/热塑性树基[±45°]复合材料层合板进行了加/卸载反复拉伸试验，试验表明，这两种材料展现出显著的残余应变。Carlsson等(CARLSSON L A,ARONSSON C G,B CKLU NDJ.Notch sensitivity of thermoset and thermoplastic laminates loaded intension[J].Journal of Materials Science,1989,24(5):1670-82.)对碳纤维/环氧树脂[±45°]复合材料层合板进行了拉伸试验，试验表明，该复合材料层合板的剪切方向展现出显著的非线性行为。另外，由于复合材料组分纤维和基体存在不同的力学属性导致其力学行为和破坏模式非常复杂，纤维断裂、基体开裂和分层损伤等破坏模式能够独立或同时发生。复合材料层合板内部微裂纹、纤维断裂和基体开裂等会随着外荷载的增加发生损伤初始并演化，由损伤演化导致的材料属性退化是其另一重要力学特性。因此，为了准确预测复合材料的失效强度，在建立描述复合材料力学行为的本构关系时应同时包含非线性和材料属性退化两个特性。