[发明专利]一种基于平均失效指数的复合材料π形胶接连接结构拉伸强度预测方法

摘要

本发明涉及一种基于平均失效指数的复合材料π形胶接连接结构拉伸强度预测方法，包括以下步骤：（1）根据复合材料π形胶接连接结构几何参数建立π接头几何模型；（2）根据整体化复合材料结构的受力情况确定复合材料π接头几何模型的拉伸载荷和边界条件；（3）基于π接头几何模型，通过网格加密获得准确的π接头三维有限元模型，同时保证关键连接面L&U及B上网格均匀，并计算该三维有限元模型在拉伸载荷下的应力分布；（4）提取π接头关键连接面L&U及B上各节点的正轴应力分量值，并计算关键连接面上的失效指数Rij；（5）基于π接头关键连接面L&U及B，分别计算其平均失效指数（6）根据拉伸载荷P0及平均失效指数的最大值，计算可得接头的失效强度值P。本发明适用于工程应用，可以显著缩短π接头研制周期，降低试验成本。

主权项

一种基于平均失效指数的复合材料π形胶接连接结构拉伸强度预测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤A，基于有限元分析软件ABAQUS，根据复合材料π形胶接连接结构几何参数建立π接头几何模型；步骤B，根据整体化复合材料结构的受力情况确定复合材料π接头几何模型的拉伸载荷和边界条件；步骤C，基于π接头几何模型，通过网格加密获得准确的π接头三维有限元模型及其在拉伸载荷下的应力分布；步骤D，提取π接头关键连接面L&U(8)及关键连接面B(9)上各节点的正轴应力分量值，并计算关键连接面上的失效指数Rij，其表达式为：Rij=σijSij,1≤i≤j≤3]]>其中，σij和Sij分别为复合材料的正轴应力分量及其许用值；步骤E，基于π接头关键连接面L&U(8)及关键连接面B(9)，分别计算其平均失效指数其表达式为：R‾ij,A=∫ARijda∫A1da,1≤i≤j≤3]]>其中A为关键连接面(8)L&U或关键连接面B(9)，Rij为关键连接面上的失效指数；步骤F，根据拉伸载荷P0及平均失效指数的最大值，计算可得接头的失效强度值P，其表达式为：P=P0/(max1≤i≤j≤3R‾ij,A)]]>其中P0为施加在π接头腹板上的拉伸载荷，为关键连接面上的平均失效指数，A为关键连接面L&U(8)或关键连接面B(9)，通过两组关键连接面L&U及B可分别预测π接头拉伸失效强度；其中，所述步骤A中根据复合材料π形胶接连接结构几何参数建立π接头几何模型实现过程为：(A1)根据复合材料π接头结构几何参数，利用有限元分析软件ABAQUS首先建立π接头三维几何模型；(A2)定义材料属性及局部材料方向，并按各铺层厚度值划分几何模型，创建复合材料铺层并定义铺层角度，在定义铺层角度时需要根据具体情况建立相应的局部坐标系；所述步骤B根据整体化复合材料结构的受力情况确定复合材料π接头几何模型的拉伸载荷和边界条件实现过程为：(B1)对整体化复合材料结构进行受力分析，确定π形胶接连接结构的约束情况及所受拉伸载荷；(B2)将上面的约束情况作为边界条件施加于π接头几何模型上，同时在π接头几何模型上施加上面受力分析所得到的拉伸载荷；所述步骤C基于π接头几何模型，通过网格加密获得准确的π接头三维有限元模型及π接头在拉伸载荷下的应力分布实现过程为：(C1)基于上述π接头三维有限元模型划分局部均匀的网格，并保证关键连接面L&U(8)和关键连接面B(9)上的网格均匀；(C2)计算π接头结构的应力分布，可以得到整体结构的正轴应力分量的最大值；(C3)加密填料区网格，重复步骤(C2)，直到正轴应力分量的最大值收敛于某一特定值，且相对误差不大于1％。