[发明专利]复合材料中的组合载荷

说明书

本申请公开一种用于确定材料失效的方法，该方法包括如下步骤：加工由材料制成的试样(100)；在所述试样上施加第一力(110)和施加第二力(120)，其中所述第二力(F2)不同于所述第一力(F1)；以及表征由于将所述第一力(F1)和所述第二力(F2)施加至所述试样上而产生的材料失效。

技术领域

本发明涉及材料检测和板件设计，并且更具体地涉及通过同时施加组合力以检测和分析用在板件设计中的复合材料。

背景技术

复合板件，诸如能够被用于航空器和其他产品中的5纵梁板件，在项目的研究和开发阶段期间被检测，并且在它们被用于航空器或类似的产品之前在认证过程期间必须被测试。当前，使用三种常见方法之一检测这些5纵梁板件。完整的5纵梁板件的检测、使用计算机仿真建模并分析5纵梁板件或使用单向拉伸或压缩载荷检测较小的样品板件(试样)并且将结果逆推完整的5纵梁板件。然而，这些当前的方法中的每种都具有其自身的缺陷和低效性。

例如，每年会花费数百万美元制造并且检测完整的复合5纵梁板件。虽然在复合结构设计被使用到航空器上之前，检测至少一个5纵梁板件对于认证该复合结构是必要的，但是每个5纵梁板件会花费多达1,200,000美元，并且会耗费6个月来加工和检测。此外，为了获得可以被考虑使用的厚度和层叠的范围内具有统计学意义的数据集，需要对新复合技术进行多个5纵梁板件检测。由于长研制周期和高花费，检测用于5纵梁板件的多种可能设计和/或材料的成本和时间会过高，并且可能导致设计者满足于对于特定设计应用足够好的板件设计，而不是对于特定设计应用最好或最优的板件设计。

此外，当前对5纵梁板件使用计算机建模在项目的研究和开发阶段不能提供要求精度。例如，当前计算机模型不能可靠地预测破坏载荷、失效模式和损伤轨迹。当前计算机模型的可靠性约为70-80％。那既意味着该分析方法不能预测20-30％的时间的结果。因此，这会导致设计变化，进而通过推迟最终设计和载荷6-12个月并且花费更多金钱来制造额外的5纵梁板件用于每次检测，影响项目成本和进度。

最后，在试图降低与新复合材料有关的总成本中，检测试样(即，被用在5纵梁板件中的材料的小部分)已经被利用。不幸地，现存的试样检测方法以单轴方式加载试样，并且不能以表示5纵梁板件情况的方式加载材料。正因如此，当前试样检测方法不能可靠且精确地预测5纵梁复合板件的性能。

因此，需要低成本、快速、精确且可靠的材料检测方法和板件设计方法。

发明内容

在本发明的一个实施例中，提供用于确定材料失效的方法，该方法包括如下步骤：加工由材料制成的试样；在试样上施加第一力和第二力，其中所述第二力不同于所述第一力；以及表征由于所述第一力和所述第二力的施加而产生的材料失效。

在本发明的另一个实施例中，提供用于设计复合板件的方法，该方法包括如下步骤：对具有第一切口的板件的建模，并且确定靠近所述第一切口的组合应力状态；对试样应力状态建模，以复制所述板件的所述组合应力状态；加工多个试样，每个试样具有第二切口，并且检测所述多个试样以获得多个检测结果；基于所述检测结果建立数据库；基于所述数据库内的多个检测结果加工所述板件；以及检测所述板件。

在各种实施例中可以独立地或可以与其他实施例组合获得已经描述的特征、方法和优点，特征、方法和优点的进一步细节可以参考以下说明书和附图来理解。

附图说明

图1是示例检测试样的俯视平面图；

图2是用于检测一种材料试样的示例方法的流程图；以及

图3是用于设计复合板件的示例方法的流程图。

具体实施方式