[发明专利]一种复合材料连杆的强度分析方法

说明书

一种复合材料连杆的强度分析方法，现有模型对强度分析不准确的问题，属于飞机结构的设计领域。本发明包括：S1、采用双线性模型来模拟复合材料，用来表征三种载荷下界面单元各应力与界面相对分开位移间的力学关系，三种载荷包括I型载荷、II型载荷和III型载荷；S2、在双线性模型中，若界面单元各应力分量满足时，确定分层损伤产生，其中δsubgt;z/subgt;表示传递到界面层处的法向拉伸应力；τsubgt;xz/subgt;和τsubgt;yz/subgt;分别表示xz面和yz剪切应力；T和S分别表示标称法向拉伸强度和标称剪切强度；S3、获取损伤过程释放的总能量Gsubgt;T/subgt;，当释放的总能量Gsubgt;T/subgt;满足：时，界面单元将不再承载，分层扩展。

技术领域

本发明涉及一种复合材料连杆，特别涉及一种复合材料连杆的强度分析方法，属于飞机结构的设计领域。

背景技术

飞机的发展主要以低成本、高运载能力为目标，要达到这个目标首先要解决的是结构减重问题，吊挂盒段下连杆,是吊挂盒段的重要传力零件，用于连接吊挂盒段底部和机翼下翼面,传递发动机推力。传统飞机，包括B737、B777、C919飞机均采用金属材料，但随着复合材料技术的进步，相比于传统钢制连杆结构，如果吊挂连杆采用金属和复合材料相结合，可以减重50％～60％，潜在经济效益巨大。因此，发展复合材料连杆是实现飞机减重目的的关键技术之一。

通过分析连杆的强度和刚度等，探索复合材料在以承受拉压载荷环境为主的大尺寸杆件应用的可能性。作为连续介质力学的一部分，内聚力理论介于损伤力学和断裂力学之间，充分地考虑了界面物质组成，通过适当地选取界面参数，可以反映界面物质层的模量、强度、韧性、损伤的产生和扩展等。分层损伤产生和分层损伤扩展可以通过在复合材料铺层间放置界面单元来实现，采用合适的本构方程是应用界面单元准确模拟分层损伤扩展的基础。目前已形成多种不同的应变软化模型，虽然不同的模型具有不同的软化形式，但是在破坏开始后，所有软化模型的粘接区仍然可以传递载荷，强度分析不准确。

发明内容

针对现有模型对强度分析不准确的问题，本发明提供一种复合材料连杆的强度分析方法。

本发明的一种复合材料连杆的强度分析方法，所述方法包括：

S1、采用双线性模型来模拟复合材料，用来表征三种载荷下界面单元各应力与界面相对分开位移间的力学关系，三种载荷包括I型载荷、II型载荷和III型载荷；其中拉伸应力δδ⁰时为I型载荷，当δ⁰≤δδ^max时表示II型载荷，当拉伸应力δ≥δ^maxx时表示III型载荷；δ⁰表示复合材料开始产生损伤的拉伸应力，δ^max表示复合材料的最大承受应力；

S2、在双线性模型中，若界面单元各应力分量满足时，确定分层损伤产生，其中δ_z表示传递到界面层处的法向拉伸应力；τ_xz和τ_yz分别表示xz面和yz剪切应力；T和S分别表示标称法向拉伸强度和标称剪切强度；

S3、获取损伤过程释放的总能量G_T，当释放的总能量G_T满足：

时，界面单元将不再承载，分层扩展。

α为幂因子，G_IC，G_IIC和G_IIIC分别为I、II和III型断裂韧性；G_I、G_II和G_III分别为损伤过程中分层前缘释放的I型、II型和III型能量，损伤过程释放的总能量G_T＝G_I+G_II+G_III。