一种芳纶蜂窝壁多层结构的单层等效结构分段力学模型建立方法

技术特征：
1.一种芳纶蜂窝壁多层结构的单层等效结构分段力学模型建立方法，其特征在于，具体包括如下步骤：建立单层等效结构，由建立的单层等效结构代替芳纶蜂窝壁的树脂-芳纶纸-树脂多层结构；对建立的单层等效结构进行拉伸或者压缩处理，基于变形过程中单层等效结构达到树脂的破坏准则、芳纶纸的等效强度失效准则、芳纶纸渐进损伤阈值中的任一项时进行单层等效结构的弹性模量的赋值，从而模拟树脂-芳纶纸-树脂多层结构在拉伸或者压缩处理中的分段破坏行为。2.根据权利要求1所述的芳纶蜂窝壁多层结构的单层等效结构分段力学模型建立方法，其特征在于：所述单层等效结构单轴拉伸失效过程包括如下步骤：a1、在单轴拉伸下所述单层等效结构发生弹性变形，此时所述单层等效结构的弹性模量为树脂包覆芳纶纸的等效弹性模量；a2、继续单轴拉伸所述单层等效结构，直至所述单层等效结构达到树脂的破坏准则，发生第一次损伤，所述单层等效结构的弹性模量从树脂包覆芳纶纸的等效弹性模量变为芳纶纸的修正弹性模量；a3、继续单轴拉伸所述单层等效结构，直至达到芳纶纸的等效强度失效准则，发生第二次损伤，所述单层等效结构的弹性模量由芳纶纸的修正弹性模量变为损伤的芳纶纸修正弹性模量；a4、继续单轴拉伸所述单层等效结构，直至达到芳纶纸渐进损伤阈值，材料完全失效，所述单层等效结构的弹性模量变为0，从而实现利用芳纶蜂窝壁的单层等效结构的分段力学模型模拟树脂-芳纶纸-树脂多层结构的分段破坏行为。3.根据权利要求1所述的芳纶蜂窝壁多层结构的单层等效结构分段力学模型建立方法，其特征在于：所述单层等效结构单轴压缩失效过程包括如下步骤：b1、在单轴压缩下所述单层等效结构发生弹性变形，此时所述单层等效结构的弹性模量为树脂包覆芳纶纸的等效弹性模量；b2、继续单轴压缩所述单层等效结构，直至所述单层等效结构达到芳纶纸的等效强度失效准则，发生第一次损伤，所述单层等效结构的弹性模量从树脂包覆芳纶纸的等效弹性模量变为树脂包覆损伤芳纶纸的弹性模量；b3、继续单轴压缩所述单层等效结构，直至达到芳纶纸的渐进损伤阈值，发生第二次损伤，所述单层等效结构的弹性模量由树脂包覆损伤芳纶纸的弹性模量变为树脂包覆失效芳纶纸的弹性模量；b4、继续单轴压缩所述单层等效结构，直至达到树脂的破坏准则，材料完全失效，所述单层等效结构的弹性模量变为完全刚度退化的芳纶纸的修正弹性模量，从而实现利用芳纶蜂窝壁的单层等效结构的分段力学模型模拟树脂-芳纶纸-树脂多层结构的分段破坏行为。4.根据权利要求2或3所述的芳纶蜂窝壁多层结构的单层等效结构分段力学模型建立方法，其特征在于：所述单层等效结构和所述树脂包覆芳纶纸的面内正交方向为方向1和方向2，垂直纸面方向为方向3，所述树脂包覆芳纶纸的等效弹性模量包括方向1、方向2和方向3共三个杨氏模量，通过计算公式
得出；包括三个方向的剪切模量，通过计算公式得出；以及等效后的泊松比，通过计算公式等效后的泊松比，通过计算公式得出；其中，t是等效单层单元总厚度，t
a
和t
r
分别是芳纶纸和树脂的厚度，e
a1
、e
a2
、e
a3
分别为芳纶纸在三个方向上的杨氏模量，e
r
是树脂的杨氏模量，g
a12
、g
a13
、g
a23
分别为芳纶纸在三个方向上的剪切模量，g
r
是树脂的剪切模量，ν
a21
、ν
a31
、ν
a32
分别为芳纶纸在三个方向上的泊松比。5.根据权利要求4所述的芳纶蜂窝壁多层结构的单层等效结构分段力学模型建立方法，其特征在于：步骤a2中，第一次损伤时单层等效结构的最大主应变等于树脂破坏应变，所述的芳纶纸的修正弹性模量通过计算公式所述的芳纶纸的修正弹性模量通过计算公式e
t3
＝e
a3
，得出。6.根据权利要求2或3所述的芳纶蜂窝壁多层结构的单层等效结构分段力学模型建立方法，其特征在于：所述芳纶纸的等效强度由强度公式换算得出，其中sth为芳纶纸的强度，所述芳纶纸的等效强度失效准则包括最大应力准则、最大主应力准则、tsai-wu准则、hashin准则、hill-tsai准则等常用的基于应力的复合材料失效准则。7.根据权利要求5所述的芳纶蜂窝壁多层结构的单层等效结构分段力学模型建立方法，其特征在于：步骤a3中，所述损伤的芳纶纸修正弹性模量通过e
d1
＝(1-d1)e
t1
、e
d2
＝(1-d2)e
t2
、e
d3
＝(1-d3)e
t3
、g
d12
＝(1-d4)g
t12
、g
d13
＝(1-d5)g
t13
、g
d23
＝(1-d6)g
t23
得出，其中d
i
为渐进损伤系数，由得出，其中m为材料约束软化参数，取值为2或4或6或8或10，e为自然底数，ε
i
为所述单层等效结构的应变，ε
fi
为所述单层等效结构的失效应变，i＝1
…
6。8.根据权利要求7所述的芳纶蜂窝壁多层结构的单层等效结构分段力学模型建立方法，其特征在于：步骤a4中，所述芳纶纸渐进损伤阈值为d
i
>1。9.根据权利要求3所述的芳纶蜂窝壁多层结构的单层等效结构分段力学模型建立方法，其特征在于：步骤b2中，所述树脂包覆损伤芳纶纸的弹性模量通过计算公式法，其特征在于：步骤b2中，所述树脂包覆损伤芳纶纸的弹性模量通过计算公式法，其特征在于：步骤b2中，所述树脂包覆损伤芳纶纸的弹性模量通过计算公式得出，其中d
i
，i＝1
…
6为渐进损伤系数。10.根据权利要求9所述的芳纶蜂窝壁多层结构的单层等效结构分段力学模型建立方
法，其特征在于：步骤b3中，所述树脂包覆失效芳纶纸的弹性模量通过计算公式法，其特征在于：步骤b3中，所述树脂包覆失效芳纶纸的弹性模量通过计算公式法，其特征在于：步骤b3中，所述树脂包覆失效芳纶纸的弹性模量通过计算公式得出，其中d
fi
，i＝1
…
6为完全压缩损伤系数，其值为大于0但小于1；步骤b4所述完全刚度退化的芳纶纸的修正弹性模量通过计算公式e
fa3
＝(1-d
f3
)e
a3
，，得出。

技术总结
本发明公开了一种芳纶蜂窝壁多层结构的单层等效分段力学模型建立方法，具有如下步骤：建立单层等效结构，由建立的单层等效结构代替芳纶蜂窝壁的树脂-芳纶纸-树脂多层结构；对建立的单层等效结构进行拉伸或者压缩处理，基于变形过程中单层等效结构达到树脂的破坏准则、芳纶纸的等效强度失效准则、芳纶纸渐进损伤阈值中的任一项时进行单层等效结构的弹性模量的赋值，从而模拟树脂-芳纶纸-树脂多层结构在拉伸或者压缩处理中的分段破坏行为。本发明提出的一种芳纶蜂窝壁多层结构的单层等效分段力学模型，替代芳纶蜂窝多层结构模型，解决了宏观尺度上芳纶蜂窝孔壁建模问题，降低蜂窝孔壁建模难度，减少有限元分析时间，节约实验成本。实验成本。实验成本。


技术研发人员：王毅丹 孙健淞 康仁科 王铭野 董志刚 周平
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2022.11.07
技术公布日：2023/2/3