一种引入分层损伤的复合材料弯曲失效模拟方法

技术特征：
1.一种引入分层损伤的复合材料弯曲失效模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括以下步骤：s1，根据复合材料梁弯曲试验，建立复合材料弯曲几何模型，根据实际铺层厚度对几何体划分铺层；s2，建立内聚力模型，选择内聚力模型的本构关系，设置相关内聚力模型参数，设置复合材料铺层单元和夹具的材料参数；s3，采用六面体单元对几何模型进行网格划分，对铺层间设置内聚力接触，建立有限元模型；复合材料梁与夹具之间采用摩擦接触，复合材料铺层之间采用内聚力接触；s4，根据复合材料结构的弯曲受载形式，确定边界条件和施加载荷；s5，对有限元模型进行计算，获取计算结果：计算弯曲强度，提取载荷-位移曲线，获得复合材料的分层裂纹扩展过程。2.根据权利要求1所述的引入分层损伤的复合材料弯曲失效模拟方法，其特征在于，步骤s1中，所述复合材料弯曲几何模型包括划分铺层的复合材料梁和夹具模型。3.根据权利要求1所述的引入分层损伤的复合材料弯曲失效模拟方法，其特征在于，步骤s2中，设置复合材料铺层单元的材料参数的过程包括：采用双线性本构模型，通过dcb试验和mmb试验获得的复合材料i型、ii型断裂能、法向应力和剪切应力极限，计算包括界面初始刚度、界面强度在内的反映界面行为的各项参数。4.根据权利要求1或者3所述的引入分层损伤的复合材料弯曲失效模拟方法，其特征在于，步骤s2中，建立内聚力模型，选择内聚力模型的本构关系，设置相关内聚力模型参数，设置复合材料铺层单元的材料参数的过程包括以下步骤：s21，设所述内聚力模型的本构关系为：p＝k
n
u
n
(1-d
n
)
ꢀꢀꢀ
(1)；其中，p是法向内聚力，k
n
是法向刚度，d
n
是与界面相对位移相关的损伤系数，u
n
，，分别表示界面法向相对位移、界面法向初始损伤时的位移和法向完全破坏时的位移；s22，根据j积分定义，三角形oac的面积为纯拉伸性的临界断裂能：其中，g
cn
为i型临界断裂能，σ
max
表示界面初始损伤时的应力；s23，综合考虑拉伸与剪切耦合的混合型内聚力模型，初始损伤位移为完全破坏位移的一半，采用二次断裂能失效准则判断界面损伤萌生：5.根据权利要求1所述的引入分层损伤的复合材料弯曲失效模拟方法，其特征在于，步骤s4中，根据复合材料结构的弯曲受载形式，确定边界条件和施加载荷的过程包括：设有限元模型的x面和y面为对称面，分别限制x方向和y方向位移；压头与支撑为高温
合金材料，只建立半圆柱体，分别施加向下的位移载荷与固定约束，夹具与试件之间建立接触对。6.根据权利要求1所述的引入分层损伤的复合材料弯曲失效模拟方法，其特征在于，步骤s5中，复合材料的弯曲强度计算公式为：式中，s
u
为弯曲强度，单位为mpa；p
u
为峰值载荷，单位为n；l为四点弯曲支撑跨度，单位为mm；b为试件宽度，单位为mm；d为试件厚度，单位为mm。

技术总结
本发明公开了一种引入分层损伤的复合材料弯曲失效模拟方法，包括：建立复合材料弯曲几何模型，根据实际铺层厚度对几何体划分铺层；建立内聚力模型，选择内聚力模型的本构关系，设置相关内聚力模型参数，设置复合材料铺层单元和夹具的材料参数；对几何模型进行网格划分，对铺层间设置内聚力接触，建立有限元模型；根据复合材料结构的弯曲受载形式，确定边界条件和施加载荷；对有限元模型进行计算，获取计算结果：计算弯曲强度，提取载荷-位移曲线，获得复合材料的分层裂纹扩展过程。本发明能够对复合材料结构的弯曲失效模式进行有效的分析和预测，保障结构安全性。保障结构安全性。保障结构安全性。


技术研发人员：冯雨春 张盛 高希光 宋迎东
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.02.14
技术公布日：2022/5/17