[发明专利]耐高温复合材料结构多失效模式损伤机理验证方法

权利要求书

1.耐高温复合材料结构多失效模式损伤机理验证方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)建立耐高温复合材料在各失效模式下的破坏机理模型；

(2)根据破坏机理模型建立耐高温复合材料元件损伤分析方法，根据该分析方法对不同载荷工况下元件损伤响应进行分析；

(3)选取典型耐高温复合材料元件进行实物试验，得到步骤(2)所述各种载荷工况下对应的元件损伤响应数据；

(4)利用步骤(3)得到的元件损伤响应数据对步骤(2)的元件损伤分析方法进行修正；

(5)根据修正后的元件损伤分析方法获得元件损伤响应规律，基于元件损伤响应规律和元件间连接关系，利用有限元方法对不同载荷工况下构件损伤响应进行分析；

(6)选取典型耐高温复合材料构件进行实物试验，得到步骤(5)所述各种载荷工况下对应的构件损伤响应数据；

(7)利用步骤(6)得到的构件损伤响应数据对步骤(5)元件间连接关系进行修正，得到修正后的元件间连接关系；

(8)根据步骤(7)得到的修正后元件间连接关系和步骤(5)得到的元件损伤响应规律，利用有限元分析方法对不同载荷工况下组件、部段以及飞行器损伤响应进行分析，完成耐高温复合材料结构多层级多修正的虚拟试验验证。

2.根据权利要求1所述的耐高温复合材料结构多失效模式损伤机理验证方法，其特征在于：所述步骤(2)中根据破坏机理模型建立耐高温复合材料元件损伤分析方法的步骤如下：

(2.1)建立耐高温复合材料在各失效模式下的破坏准则：

(a)纤维拉伸损伤，疲劳准则为：

其中σ_xx≥0；

(b)纤维压缩损伤，疲劳准则为：

其中σ_xx0；

(c)基纤剪切，疲劳准则为：

其中σ_xx0；

(d)基体开裂，疲劳准则为：

其中σ_yy≥0；

(e)基体挤压，疲劳准则为：

其中σ_yy0；

(f)层间拉伸损伤，疲劳准则为：

其中σ_zz≥0；

(g)层间压缩损伤，疲劳准则为：

其中σ_zz0；

式中，σ_ij为各单元的应力分量，i、j分别取x、y、z其中一项，x、y、z与材料各主方向相互对应；X_T(n,σ,k)、Y_T(n,σ,k)和Z_T(n,σ,k)分别为拉-拉疲劳载荷下，加载到一定周期时，复合材料单层板的纵向强度、横向强度和法向强度；X_C(n,σ,k)、Y_C(n,σ,k)和Z_C(n,σ,k)分别为压-压疲劳载荷下，加载到一定周期时，复合材料单层板的纵向强度、横向强度和法向强度；S_xy(n,σ,k)、S_xz(n,σ,k)和S_yz(n,σ,k)分别为剪切疲劳载荷下，复合材料单层板的剪切强度，其中n为疲劳载荷循环次数，σ为应力，k为应力比；

对于结构中的任意单元体，如果其应力分量满足上述方程中的某一个，那么在该单元体处，就有相应模式的损伤发生；

(2.2)利用步骤(2.1)建立的破坏准则，建立如下耐高温复合材料元件强度和刚度降阶模型：

式中：σ_U为复合材料单层板初始强度；

E(0)为复合材料单层板初始刚度；

S(n,σ,k)为复合材料单层板疲劳剩余强度；

E(n,σ,k)为复合材料单层板疲劳剩余刚度；

N_f为复合材料单层板在应力σ及应力比k下的疲劳寿命；

(2.3)基于强度和刚度降阶模型，对不同载荷工况下元件损伤响应进行分析。