[发明专利]用于分析和制造具有预定载荷容量的结构构件的系统和计算机程序产品

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于分析和/或制造具有预定载荷容量的结构构件的系 统和计算机程序产品，诸如通过确定复合构件的临界载荷，例如，根据应 变能的划分和一个或多个预定载荷的高斯点应变的临界状态(criticality)。

背景技术

复合结构构件通常难以呈现材料特性，这使借助于常规技术的失效分 析比较困难。例如，许多复合材料在破裂或者失效之前呈现很小的变形。 因此，难以基于复合构件破裂发展或开始失效之前的应力而产生的变形， 来准确预测复合构件的失效点。具体地，纤维增强复合材料的各向异性性 质、以及在同样的结构成分使用多种材料而带来的复杂性，通常需要基于 经验技术的预测。这些途径需要相同或大致类似的结构成分的大量测试， 以发展准确的预测。所以，在复合构件的设计和制造之后，通常对其进行 测试，以确定或证实临界载荷容量。这种测试可能费钱费时，从而限制了 可以对其进行评估的用于特定构件的可选设计方案的数量。

因此，对于分析和制造结构构件而言，存在对于改进的系统和计算机 程序产品的需求，以确定构件的载荷容量，而无需进行过多的破坏性测试。 这种系统和计算机程序产品应当能够分析复合结构构件，并应当提供构件 的准确评估，使得可以将构件设计成至少经得起最小载荷，同时减少或最 小化重量和制造成本。

发明内容

一种系统和计算机程序产品分析复合构件的载荷容量。例如，该系统 可以用计算机程序产品实现，该计算机程序产品包括存储了计算机可读程 序代码部分的计算机可读存储介质。根据一种实施方式，计算机可读程序 代码部分包括用于接收模型数据和材料数据的第一可执行部分。模型数据 是结构构件的配置和载荷条件的特征，以及材料数据是结构构件材料的材 料特性的特征。第二可执行部分分析模型数据并生成分析数据，该分析数 据包括关于结构构件的多个节点的应变张量。第三可执行部分生成增强分 析数据，其包括代表结构构件材料的临界应变不变量值。第四可执行部分 分析该增强分析数据以生成结果数据，其代表导致损坏结构构件中的不稳 定性的载荷条件以及不稳定性的可能位置(likely location)和方向。

例如，对于具有基体相和纤维相的复合结构构件而言，第二、第三和 第四可执行部分可以配置成提供关于复合构件的复合材料的至少一个基体 相临界畸变(distortional)应变不变量，提供关于复合构件的复合材料的至 少一个纤维相临界畸变应变不变量，以及确定关于复合构件的复合材料的 至少一个基体相临界膨胀(dilatational)应变不变量。各基体相应变不变量 值对应于由于在复合构件上的预定载荷所致的复合构件基体相的多个高斯 点之一的应变条件。可执行部分还可以确定关于复合构件的复合材料的多 个应变不变量值，各应变不变量值对应于由于在复合构件上的预定载荷所 致的复合构件的负荷材料的多个高斯点之一的应变条件。可执行部分可以 比较各基体及纤维相应变不变量值与对应的基体或纤维相临界应变不变 量，以识别关于预定载荷的各高斯点的临界状态。因此，可读程序的这些 部分可以确定关于预定载荷的总应变能的划分(partition)，根据高斯点的临 界状态，在保持能量和分散能量之间划分总应变能。例如，将与各临界高 斯点相关联的应变能划分作为分散能量，以及将与各非临界高斯点相关联 的应变能划分作为保持能量。

此外，这些部分可以配置成：对于不同的预定载荷(如逐渐增大的载 荷)重复这些操作，从而计算临界载荷(损坏不稳定性开始)，其与被认为 是关于特定应用的不可接受的损坏、也就是可以保持的最大能量相对应。 例如，通过根据基于复合构件的薄板特性的隐损坏函数确定最大能量保持 (retention)，可以计算临界载荷。

根据本发明的一方面，还可以提供另外的可执行部分，用于执行结果 数据的概率分析，以确定由于在结构构件材料和/或结构构件的几何结构中 一个或更多方面的概率上可能的变化所导致的结果数据的变化。还可以提 供另外的可执行部分，用于根据计算出的载荷容量调整复合构件的属性(如 尺寸)，使得可以自动执行构件的迭代分析。

附图说明

当结合附图和本发明的下列详细描述考虑时，本发明的这些以及其他 的优点和特点、以及实现方式将更为明了，附图图示优选的和示例的实施 方式，而且附图无需按比例绘制，其中：

图1是图示根据本发明一种实施方式形成的复合结构构件的透视图；