[发明专利]一种复合材料层合板贴补修复后极限载荷确定方法

权利要求书

1.一种复合材料层合板贴补修复后极限载荷确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤SS1：建立复合材料层合板开孔件有限元模型；

步骤SS2：建立复合材料损伤本构模型；

步骤SS3：建立复合材料胶层本构模型；

步骤SS4：基于ABAQUS-UMAT有限元用户动态子程序模块，使用FORTRAN语言编写用户自定义子程序实现提出的损伤本构模型，求解应力、应变和损伤；

步骤SS5：对步骤SS1的有限元模型进行计算，预测复合材料层合板贴补修复后极限载荷。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料层合板贴补修复后极限载荷确定方法，其特征在于，所述步骤SS1具体包括：

复合材料层合板的铺层角度沿厚度方向中平面对称布置，并且每一层厚度方向只划分一个单元；

网格类型为C3D8R，对孔边周围区域进行网格细化；

建立参考点与自由端面之间加载方向位移一致性约束条件：受拉荷载均采用位移加载方式，左加载面施加固支约束，右端自由端面外设置一个参考点，然后把参考点和端面进行绑定，在Abaqus/CAE模块中，采用creat constraint方法建立coupling耦合约束方程，此时，将位移荷载施加在参考点上，同时只要输出参考点上的位移和反力即U和RF1，就能够获得加载端面上的位移与反力。

3.根据权利要求1所述的一种复合材料层合板贴补修复后极限载荷确定方法，其特征在于，所述步骤SS2具体包括：

步骤SS21：建立含损伤的复合材料层合板本构关系；

步骤SS22：建立三维Hashin强度失效准则来判断纤维和基体损伤，建立Ye分层失效准则来判断分层损伤；

步骤SS23：建立剪切非线性模型；

步骤SS24：建立连续损伤退化模型。

4.根据权利要求3所述的一种复合材料层合板贴补修复后极限载荷确定方法，其特征在于，所述步骤SS21具体包括：

复合材料应力-应变本构方程如下：σ＝C(d):ε^e，

其中，符号“:”表示对两个张量指标的缩并计算；σ是有效应力张量；是名义应力张量；ε^e是弹性应变张量；e表示弹性；C(d)是含损伤单向复合材料层合板的四阶刚度张量；C是未损伤单向复合材料层合板的四阶线弹性刚度张量；d是一维向量(d₁，d₂，d₃，d₂₃，d₁₃，d₁₂)，其中d₁、d₂、d₃分别为纤维方向纤维损伤的损伤变量、平面内垂直于纤维方向基体损伤的损伤变量、层间平面外方向分层损伤的损伤变量；d₁₂、d₂₃、d₁₃分别为12、23、13平面内的剪切损伤变量；定义坐标系x₁-x₂-x₃为单向板的自然坐标系，x₁-x_n-x₁为断裂面的局部坐标系，两个坐标系下的x₁轴重合；12、23、13平面分别对应坐标系下的x₁x₂平面、x₂x₃平面、x₁x₃平面；

把损伤变量引入刚度矩阵，使刚度随着损伤的发展而逐渐变弱，即：

C(d)＝M^-1(d):C:M^T，-1(d)；

其中，M^-1(d)为M(d)的逆矩阵，M^T，-1(d)为M(d)转置矩阵的逆矩阵；M(d)为损伤因子张量，其损伤主轴系下矩阵形式可以表示如下：

复合材料主坐标系中单层板的三维正交各项异性损伤本构模型如下：

所述复合材料主坐标系为单向板的自然坐标系x₁-x₂-x₃；

其中：

其中，σ₁、σ₂和σ₃分别为纤维方向、垂直于纤维方向、层间平面外方向的名义正应力；τ₂₃、τ₁₂和τ₁₃分别为x₁-x₂-x₃坐标系下x₁x₂平面、x₂x₃平面、x₁x₃平面内的剪应力；ε₁、ε₂和ε₃分别为纤维方向、垂直于纤维方向、层间平面外方向的工程正应变；γ₂₃、γ₁₃和γ₁₂为分别为x₁-x₂-x₃坐标系下x₁x₂平面、x₂x₃平面、x₁x₃平面内的工程剪应变；E₁、E₂、E₃、分别为纤维方向、垂直于纤维方向、层间平面外方向的未损伤单向复合材料单层的弹性模量，G₂₃、G₁₃、G₁₂分别为x₁x₂平面、x₂x₃平面、x₁x₃平面内未损伤单向复合材料单层的剪切模量，v₁₂、v₁₃、v₂₃分别为纤维方向与垂直于纤维方向的、纤维方向与层间平面外方向的、垂直于纤维方向与层间平面外方向的泊松比v₂₁、v₃₁、v₃₂分别为垂直于纤维方向与纤维方向的、层间平面外方向与纤维方向的、层间平面外方向与垂直于纤维方向的泊松比，满足关系式：