[发明专利]一种含脱层复合材料层合结构剩余承载强度的计算方法

说明书

本发明公开了一种含脱层复合材料层合结构剩余承载强度的计算方法，步骤如下：确定复合材料层合结构的铺层方式以及单层板的材料参数；确定贯穿矩形脱层的脱层发生的位置、大小以及层数；根据脱层X方向的发生位置将层合板划分为若干个子板，根据脱层Z方向的发生位置将子板划分为若干个子区域，计算每个子板中每个子区域的弯曲刚度、拉伸刚度及拉弯耦合刚度；将子板中每个子区域相加等效为一个不含脱层的完整子板；建立用挠度表示的平衡微分方程；将满足平衡微分方程及定解条件的最小解作为该脱层层合板的临界屈曲荷载。该计算方法通过刚度等效原则避免考虑脱层界面的复杂接触性能，解决含多个脱层的复合材料层合结构的剩余承载能力的计算问题。

技术领域

本发明涉及复合材料承载强度计算技术领域，具体涉及一种含脱层复合材料层合结构剩余承载强度的计算方法。

背景技术

复合材料制备工艺的不成熟、运输中的损伤以及其他各种人为的因素，均会导致材料出现脱层损伤。由于复合材料层合结构中脱层的出现，复合材料层合结构的承载能力就会降低。

在对含脱层复合材料层合结构进行剩余承载强度的评估时，由于脱层位置、数量、形状的不确定性以及脱层区域的接触性能的复杂性，所以很难用传统的理论分析方法来计算复合材料层合结构的剩余承载能力。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种含脱层复合材料层合结构剩余承载强度的计算方法，该方法通过刚度等效原则对结构进行简化分析以计算其剩余承载强度。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种含脱层复合材料层合结构剩余承载强度的计算方法，所述的计算方法包括以下步骤：

S1、针对含贯穿脱层损伤的复合材料层合板，确定复合材料层合结构的铺层方式以及单层板的材料参数；

S2、针对贯穿矩形脱层的X方向的发生位置，将层合板划分为若干个子板，其中，X方向为脱层所在平面的X方向，针对贯穿矩形脱层的垂直脱层所在平面Z方向的发生位置，将层合板划分为若干个子区域，确定脱层处于的位置、以脱层为界线的上下两个区域含有的单层板的层数k以及脱层距离层合板右端的距离，其中，Z方向为垂直脱层所在平面的方向；

S3、计算每个子板中每个子区域的弯曲刚度、拉伸刚度以及拉弯耦合刚度；

S4、将一个子板的所有子区域的弯曲刚度、拉伸刚度以及拉弯耦合刚度相加等效为一个不含脱层的完整子板；

S5、建立用挠度表示的平衡微分方程；

S6、利用定解条件进行迭代求解，将满足平衡微分方程以及定解条件的最小的解作为该脱层层合板的临界屈曲荷载。

进一步地，所述的材料参数包括：复合材料层合板水平方向的弹性模量E₁₁、复合材料层合板竖直方向的弹性模量E₂₂、复合材料层合板的剪切模量G₁₂、复合材料层合板的X方向的泊松比μ₁₂、复合材料层合板的Y方向的泊松比μ₂₁、复合材料单层板的厚度h、复合材料单层板的铺设角θ、复合材料单层板的层数p，Y方向为脱层所在平面的Y方向。

进一步地，所述的步骤S2中将层合板划分为若干个子板过程如下：

S21、从层合板左边界到第一个脱层出现为第一个子板，从第一个脱层出现的位置到第二个脱层出现的位置为第二个子板，如果第一个脱层开始到结束的位置没有第二个脱层出现，则第一个脱层开始到结束的位置为第二个子板，从第二个子板结束的地方到右边最邻近的一个脱层开始或结束的地方(到脱层开始距离最近就到开始位置，到脱层结束位置最近即到结束位置)为第三个子板，以此类推，如果第N个脱层开始到结束的位置没有第N+1个脱层出现，则第N个脱层开始到结束的位置为第N+1个子板；