一种基于应变特性的复合材料加筋板屈曲模态分析方法

本发明属于加筋板屈曲分析，特别是涉及一种基于应变特性的复合材料加筋板屈曲模态分析方法。

背景技术：

1、复合材料加筋板作为关键部件级结构，广泛应用于军民用飞机的平尾、垂尾及机翼等部位，在保证承载能力的同时实现高效减重。飞机服役期间，此类结构承受压缩、剪切及压剪组合等多种载荷，其中轴向压缩是最常见的载荷形式之一。针对压缩载荷作用下的复合材料加筋板，稳定性和承载能力（即屈曲与后屈曲性能）是核心性能指标。屈曲模态分析通过研究结构失稳条件，确定临界载荷与失稳形态，对避免飞机因结构强度裕度不足引发的突发失稳至关重要。因此，发展高效、精准的压缩载荷下结构屈曲模态分析方法，对飞行安全具有重要意义。

2、目前，数字图像相关（dic）技术是屈曲模态监测的主流方法，其基于散斑原理，结合计算机视觉、数字图像处理与数值计算实现全场变形测量。然而，该技术存在明显局限：测量精度易受相机分辨率、标定误差、算法参数、环境光线及材料表面质量等因素干扰，且依赖高性能硬件进行海量图像处理，导致设备成本高、分析效率低，实际应用受限。因此，亟需建立一种高适应性、低成本且结果可靠的屈曲模态分析方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于应变特性的复合材料加筋板屈曲模态分析方法，解决现有技术中测量精度受多因素干扰、设备成本高、分析效率低导致实际应用受限等问题，以实现复合材料加筋板屈曲失效的快速、准确监测。

2、本发明所采用的技术方案是，一种基于应变特性的复合材料加筋板屈曲模态分析方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：复合材料加筋板试件的准备：制备复合材料加筋板，所述加筋板包括复合材料面板和多个均匀分布的工字型筋条，所述筋条固定连接于所述面板上，且所述加筋板的两端设置有灌胶端；

4、步骤s2：应变片的粘贴：在所述面板的各筋条间区域的正表面和反表面上对称粘贴应变片，粘贴位置位于各筋条间区域的中线，且沿所述中线等间距布置；

5、步骤s3：轴向压缩力的加载：对所述加筋板施加轴向压缩力，施加初始载荷后，通过比对所述面板正表面和反表面的应变一致性，调整所述加筋板的位置，以确保压缩载荷均匀施加于所述灌胶端；

6、步骤s4：应变的监测与分析：获取不同压缩载荷下的应变值，引入屈曲载荷比λ，其中λ = p/pcr，p为当前压缩载荷，pcr为屈曲载荷；选取多个λ值，所述λ值包括小于1和大于1的状态；将每组筋条间面板区域的应变状态绘制于同一图表中，其中应变片的位置坐标沿长度方向进行归一化处理，归一化长度作为横坐标，应变值作为纵坐标。

7、进一步地，所述步骤s1中，在所述加筋板的两端设置刀口支撑结构，约束转动自由度和法向位移。

8、进一步地，所述步骤s2中，每个筋条间区域的应变片对的数量至少为四对。

9、进一步地，所述步骤s3中，压缩过程中实行分级载荷控制加载：屈曲发生前，加载速率为屈曲载荷pcr的3%；屈曲发生后，加载速率调整为pcr的10%；每级载荷加载完毕采集稳态应变值；所述应变片的灵敏度系数k≥2。

10、进一步地，所述步骤s4中，屈曲载荷比λ＜1时，筋条间面板区域的应变状态曲线呈水平直线；屈曲载荷比λ＞1时，所述应变状态曲线出现波峰和波谷；波峰位置位于归一化位置坐标的1/n和5/n处，波谷位置位于3/n和7/n处；波峰对应于面板局部凸起，波谷对应于局部凹陷；通过波峰与波谷的分布特征识别屈曲模态。

11、本发明的有益效果是：

12、本发明通过在复合材料加筋板蒙皮关键位置粘贴应变片，监测压缩载荷下的应变变化特性分析屈曲模态。因直接利用筋条间蒙皮应变数据绘制应力状态图，通过识别波峰波谷分布即可判定屈曲模态，无需复杂计算及高成本光学设备，显著降低了试验成本和操作难度；同时，方法准确性仅取决于应变片采集精度，避免了环境光线、表面质量等多因素干扰，使分析过程更高效、结果更可靠。该技术对精准揭示结构失稳临界点、识别失稳模式及优化设计具有直接指导作用，在有限试验条件下具备强适应性。

1.一种基于应变特性的复合材料加筋板屈曲模态分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于应变特性的复合材料加筋板屈曲模态分析方法，其特征在于，所述步骤s1中，在所述加筋板的两端设置刀口支撑结构，约束转动自由度和法向位移。

3.根据权利要求1所述的一种基于应变特性的复合材料加筋板屈曲模态分析方法，其特征在于，所述步骤s2中，每个筋条间区域的应变片对的数量至少为四对。

4.根据权利要求1所述的一种基于应变特性的复合材料加筋板屈曲模态分析方法，其特征在于，所述步骤s3中，压缩过程中实行分级载荷控制加载：屈曲发生前，加载速率为屈曲载荷pcr的3%；屈曲发生后，加载速率调整为pcr的10%；每级载荷加载完毕采集稳态应变值；所述应变片的灵敏度系数k≥2。

5.根据权利要求1所述的一种基于应变特性的复合材料加筋板屈曲模态分析方法，其特征在于，所述步骤s4中，屈曲载荷比λ＜1时，筋条间面板区域的应变状态曲线呈水平直线；屈曲载荷比λ＞1时，所述应变状态曲线出现波峰和波谷；波峰位置位于归一化位置坐标的1/n和5/n处，波谷位置位于3/n和7/n处；波峰对应于面板局部凸起，波谷对应于局部凹陷；通过波峰与波谷的分布特征识别屈曲模态。