[发明专利]一种各向同性材料拉压不对称失效准则的建立方法

说明书

本发明公开了一种各向同性材料拉压不对称失效准则的建立方法。涉及航空用树脂基复合材料领域，包括如下步骤：(1)、各向同性材料的单轴拉伸、压缩和纯剪切试验；(2)、压缩应力状态下失效准则的建立，基于应力不变量理论，考虑压缩应力状态对材料失效的抑制作用；(3)、拉伸应力状态下失效准则的建立，基于能量法理论，建立拉伸状态下的失效准则；(4)、模型验证，通过多种材料的双轴和三轴试验对拉压不对称失效准则描述的失效包络面进行试验验证。本发明的有益效果：本发明提出的失效准则物理意义明确，可以准确地预测拉压不对称各向同性材料的失效包络面，充分地反映了拉伸、压缩应力对材料失效的不同影响。

技术领域

本发明涉及航空用树脂基复合材料领域，具体的说是复合材料细观模型中树脂性能失效准则地建立，同样适用于其它拉压不对称地各向同性材料。

背景技术

统一的各向同性材料失效准则的构造方法主要有两种，分别基于应力不变量和失效面理论，其中，基于应力不变量理论地失效准则具有推推导简单、可靠性强的优势。第一主应力不变量(静水压力的3倍)与材料的体积改变有关，而第二偏应力不变量与材料的形状改变有关，几乎所有的基于应力不变量的失效准则都是从这两方面出发，其形式都包括第一主应力不变量和第二偏应力不变量。从物理意义上来看，第二偏应力不变量是应力的二次方形式，具有能量的意义，因此，Mises准则实质上是畸变能准则。Beltrami采用最大应变能密度来代替没有考虑体积变化的Mises准则，但实际上体积膨胀能和畸变能对材料的失效影响是不等价的，静水压力下材料通常不会失效，因此必须考虑压缩应力状态对材料失效的抑制作用。

本发明的目的是建立考虑拉、压不对称性的各向同性材料失效准则，通过材料的基础力学性能即可获得材料在多种应力状态下的失效包络面，为材料的工程应用提供合理的失效判据。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种各向同性材料拉压不对称失效准则的建立方法。

本发明的技术方案是：一种各向同性材料拉压不对称失效准则的建立方法，具体包括如下步骤：

步骤(1.1)、对各向同性材料进行单轴拉伸、单轴压缩和纯剪切力学性能试验：获得材料的单轴拉伸强度、单轴压缩强度和纯剪切强度；

步骤(1.2)、基于应力不变量理论，根据压缩应力状态对材料失效的抑制作用，采用第一主应力平方根的形式和第二偏主应力的形式，建立压缩应力状态下各向同性材料的失效准则；

步骤(1.3)、基于能量法理论，根据体变能和畸变能对材料失效的作用，当体变能和畸变能的总和达到一定数值时认为材料发生破坏，建立拉伸应力状态下各向同性材料的失效准则；

步骤(1.4)、模型验证。

进一步的，在所述步骤(1.1)中，对各向同性材料进行单轴拉伸、单轴压缩和纯剪切力学性能试验的具体操作方法为：

制备各向同性材料的拉伸、压缩和剪切试验件，并根据相关标准采用适当的夹具和加载速度进行力学性能试验；试验过程中，采集试验件的应力-应变曲线，根据试验标准的计算方法获得材料在单轴拉伸、单轴压缩和纯剪切应力状态下的失效强度。

进一步的，在步骤(1.2)中，所述建立压缩应力状态下各向同性材料的失效准则的具体操作方法为：

采用形式根据压缩应力状态对材料失效的抑制作用，采用J₂形式根据畸变能的作用，故压缩应力状态下材料的失效准则表示为：

式中，I₁表示第一主应力不变量，J₂表示第二偏应力不变量，α_c、β_c表示待定参数；

I₁用应力表示为：