[发明专利]一种整体壁板结构损伤断裂的全局控制方法和装置

权利要求书

1.一种整体壁板结构损伤断裂的全局控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：建立所述整体壁板结构的全局损伤参数矩阵；

步骤S2：确定所述整体壁板结构损伤断裂的控制约束；

步骤S3：选取所述全局损伤参数矩阵中第一组参数，依据所述第一组参数建立至少含有三根筋条整体壁板结构的三维壳体有限元模型；

步骤S4：基于加强区域和单元，利用有限元方法模拟裂纹扩展轨迹，结合网格化方法以及应力强度因子公式，获取应力强度因子随裂纹长度的变化曲线；

步骤S5：根据所述变化曲线，计算所述第一组参数下的裂纹扩展寿命；

步骤S6：从所述变化曲线中，获取裂纹扩展至两长桁跨距时的应力强度因子，并计算所述整体壁板结构的剩余强度值；

步骤S7：计算对应所述第一组参数的整体壁板结构的重量；

步骤S8：判断所述裂纹扩展寿命、所述剩余强度值以及所述重量，是否满足预设条件；

步骤S9：若所述裂纹扩展寿命、所述剩余强度值以及所述重量，有任一项不满足所述预设条件，则返回步骤S3，选取所述全局损伤参数矩阵中第二组参数，依据所述第二组参数建立至少含有三根筋条整体壁板结构的三维壳体有限元模型；

其中，所述应力强度因子公式为：

其中K为应力强度因子，β_J为几何构型因子，β_C为载荷再分配因子，对于整体壁板β_C＝1，σ为参考应力，a为裂纹长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立所述整体壁板结构的全局损伤参数矩阵，包括：

确定筋条面积；

确定筋条间距；

确定蒙皮厚度；

以所述筋条面积、所述筋条间距以及所述蒙皮厚度作为参数，建立所述整体壁板结构的全局损伤参数矩阵。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制约束包括：

所述整体壁板结构上裂纹扩展寿命指标、所述整体壁板结构的重量指标、所述整体壁板结构的剩余强度指标。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述变化曲线，计算所述第一组参数下的裂纹扩展寿命，包括：

根据所述变化曲线，采用帕里斯paris公式计算所述第一组参数下的裂纹扩展寿命，所述帕里斯paris公式为：

其中，C、n为材料常数，N1为所述裂纹扩展寿命，ΔK是应力强度因子幅。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，计算所述整体壁板结构的剩余强度值的表达式为：

其中，[σ]_rs为所述剩余强度值；μ为过渡破坏形状因子，其值为0.63；η＝0.558；a_y为过渡裂纹长度，通过下式计算：

其中，[σ]_n是参考应力，K_c是平面应力状态下材料的断裂韧度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算对应所述第一组参数的整体壁板结构的重量的表达式为：

其中，G1为重量，L为壁板长度，ρ为密度，n为筋条个数，Si为筋条面积，Wi为筋条间距，t为蒙皮厚度。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设条件为：

N1≥N

G1≤G

其中，P为外载荷，S为壁板的截面积，N为所述整体壁板结构上裂纹扩展寿命指标，G为所述整体壁板结构的重量指标，G1为重量。

8.一种整体壁板结构损伤断裂的全局控制装置，其特征在于，所述装置包括：

建立矩阵模块，用于建立所述整体壁板结构的全局损伤参数矩阵；

确定约束模块，用于确定所述整体壁板结构损伤断裂的控制约束；

参数建立模型模块，用于选取所述全局损伤参数矩阵中第一组参数，依据所述第一组参数建立至少含有三根筋条整体壁板结构的三维壳体有限元模型；

获取曲线模块，用于基于加强区域和单元，利用有限元方法模拟裂纹扩展轨迹，获取应力强度因子随裂纹长度的变化曲线；

计算扩展寿命模块，用于根据所述变化曲线，计算所述第一组参数下的裂纹扩展寿命；

获取强度因子模块，用于从所述变化曲线中，获取裂纹扩展至两长桁跨距时的应力强度因子，并计算所述整体壁板结构的剩余强度值；

计算重量模块，用于计算对应所述第一组参数的整体壁板结构的重量；

判断模块，用于判断所述裂纹扩展寿命、所述剩余强度值以及所述重量，是否满足预设条件；

若所述裂纹扩展寿命、所述剩余强度值以及所述重量，有任一项不满足所述预设条件，则由所述参数建立模型模块，选取所述全局损伤参数矩阵中第二组参数，依据所述第二组参数建立至少含有三根筋条整体壁板结构的三维壳体有限元模型；

其中，所述应力强度因子公式为：

其中K为应力强度因子，β_J为几何构型因子，β_C为载荷再分配因子，对于整体壁板β_C＝1，σ为参考应力，a为裂纹长度。