[发明专利]一种复合材料I型分层桥联法则确定方法

权利要求书

1.一种基于虚拟分层扩展试验的复合材料I型分层桥联法则确定方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，开展复合材料层板I型静力分层扩展试验，测得其分层扩展过程中的R曲线；所述第一步测得复合材料层板I型分层扩展过程中R曲线的方法是：

A.开展静力载荷作用下的分层扩展试验，记录试验过程中载荷P、位移d、分层长度a的数据；

B.利用上述试验测得的P、d、a数据，根据基于修正梁理论的公式计算I型分层扩展过程中不同分层长度下的断裂韧度数据G_Ic：

其中，P是试验中的加载载荷，d是加载端的位移，B是试验件的宽度，Δ是分层长度修正量；采用基于实测柔度C＝d/P的分层长度修正方法获得，具体实施方法是：对试验测得的C^1/3～a数据进行线性拟合，以拟合直线在横轴上截距的绝对值作为分层长度的修正量Δ；

C.采用如下式所示的R曲线理论公式，对分层扩展过程中获得的断裂韧度数据G_Ic进行拟合，获得复合材料层板试验件I型分层扩展的R曲线，

其中，表示一种特殊的运算法则：l_bz表示纤维桥接区域的长度，G_I,Pro_p是I型分层断裂韧度稳定值，G_I,Init是I型分层断裂韧度初始值，Δa表示分层扩展长度，为实测分层长度a与预埋分层长度a₀之差，即Δa＝a-a₀；利用曲线拟合确定桥联法则具体形式σ_g(δ)的方法是，采用下式所示的指数形式的桥联法则，对广义裂纹面桥联应力随裂纹面张开位移变化的数据点进行拟合，得到DCB试验件I型分层过程中广义裂纹面桥联法则的具体形式：

其中，δ表示裂纹面张开位移，δ₀是裂纹面张开位移的临界值，σ_g(δ)表示随张开位移变化的裂纹面桥联应力，表示裂纹面桥联应力的最大值，n是指数；

第二步，建立I型载荷作用下DCB试验件的三维有限元模型，采用双线性本构内聚力单元模拟分层界面；

第三步，将R曲线嵌入上述采用内聚力单元模拟分层界面的层合板DCB试验件的有限元模型，在软件的隐形分析模块，开展该DCB试验件的I型分层扩展模拟；

第四步，从数值模拟结果中调出一组一一对应的载荷P、位移d、分层长度a的数据、分层起始位置处张开位移δ*的数据，利用调出的P、d、a数据计算断裂韧度数据G_Ic(a)；

第五步，利用断裂韧度G_Ic(a)和分层起始位置处张开位移δ*的数据，确定广义裂纹面桥联应力随裂纹面张开位移变化规律的数据σ_g(δ*)，并采用曲线拟合确定桥联法则的具体形式σ_g(δ)；所述第五步利用断裂韧度G_Ic(a)和分层起始位置处张开位移δ*的数据，确定广义裂纹面桥联应力随裂纹面张开位移的变化规律σ_g(δ*)的方法是，将上述断裂韧度数据G_Ic(a)和分层起始位置处张开位移δ*的数据，代入如下式所示的差分形式的公式：

其中，G_Ic(a_i)和G_Ic(a_j)分别表示分层长度为a_i和a_j下的断裂韧度，δ*(a_i)和δ*(a_j)分别表示分层长度为a_i和a_j时分层起始位置处的张开位移。

2.根据权利要求1所述一种基于虚拟分层扩展试验的复合材料I型分层桥联法则确定方法，其特征在于：所述第三步将R曲线嵌入DCB试验件有限元模型，开展I型分层扩展模拟的方法是，编写子程序USDFLD，将R曲线嵌入内聚力单元本构定义模块，其中，在子程序USDFLD中以单元坐标为自变量，建立单元坐标和分层长度，以及分层长度与断裂韧度之间的映射关系，并将子程序USDFLD嵌入数值计算中。

3.根据权利要求1所述一种基于虚拟分层扩展试验的复合材料I型分层桥联法则确定方法，其特征在于：所述第四步根据数值模拟结果计算I型分层断裂韧度数据的方法是，利用数值模拟中调出的P、d、a数据，并采用基于修正梁理论的I型分层断裂韧度的计算公式，计算I型分层扩展过程中的断裂韧度数据G_Ic(a)。