[发明专利]考虑湿热效应的复合材料加筋板临界剪切屈曲载荷的预测方法

说明书

本发明公开了一种考虑湿热效应的复合材料加筋板临界剪切屈曲载荷的预测方法，具体按照以下步骤进行：确定湿热环境下层合板的刚度退化；基于湿热环境下层合板的刚度退化，确定层合板的等效湿热载荷；将加筋板通过刚度均匀化转化为等效刚度平板；结合层合板理论以及等效湿热载荷，通过能量最小法确定等效平板的临界屈曲载荷。本发明快速、精确预测含湿热效应复合材料加筋板的临界剪切屈曲载荷，为飞机结构的安全使用及服役过程中的结构强度确定奠定基础。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种考虑湿热效应的复合材料加筋板临界剪切屈曲载荷的预测方法，针对飞机用复合材料加筋板在服役过程中受到湿热环境影响的现实情况。

背景技术

聚合物基复合材料通常是聚合物基体和纤维共同组成的纤维聚合物基复合材料因比强度高、比刚度高和抗疲劳性能好等优点，广泛应用于飞机结构中，其中复合材料加筋板是一种典型由复合材料制成的高性能结构。众所周知，复合材料受湿热环境影响后会在材料微观层面上产生诸如微裂纹、孔隙等损伤，进而导致复合材料结构宏观层面上出现结构性能的下降，对飞机的飞行安全产生威胁。

复合材料加筋板通常由各型筋条和蒙皮通过胶接或共固化工艺连接而成，能够在较小的重量代价下取得较大的承载能力，因此其广泛应用于大型军民用飞机的垂尾、平尾、飞机外翼等部位。当飞机复合材料加筋板长期受到湿热环境作用时，必然会导致其力学性能的下降，进而威胁到飞机的飞行安全。在复合材料加筋板力学性能表征中，临界屈曲载荷是衡量加筋板结构的一个重要参数，表征了加筋板结构的稳定性承载能力。因此，对湿热环境影响下复合材料加筋板屈曲载荷的计算和预测对保证飞机结构使用安全和飞行安全具有重要的作用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种考虑湿热效应的复合材料加筋板临界剪切屈曲载荷的预测方法，快速、精确预测含湿热效应复合材料加筋板的临界剪切屈曲载荷，为飞机结构的安全使用及服役过程中的结构强度确定奠定基础，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种考虑湿热效应的复合材料加筋板临界剪切屈曲载荷的预测方法，具体按照以下步骤进行：

S1，确定湿热环境下复合材料加筋板的退化刚度；

S2，基于湿热环境下复合材料加筋板的退化刚度，确定复合材料加筋板的等效湿热载荷；

S3，将复合材料加筋板通过刚度均匀化转化为等效刚度平板；

S4，结合层合板理论以及等效湿热载荷，通过能量最小法确定等效刚度平板的临界屈曲载荷。

进一步的，所述步骤S1，具体为：

由于湿热环境对聚合物基体的影响远大于对纤维的影响，因此忽略湿热环境对纤维刚度退化的影响；湿热环境影响下，单层铺层复合材料轴向弹性模量E₁₁、横向模量E₂₂、x-y平面内的剪切模量G₁₂和x-y平面内的泊松比υ₁₂分别如式(1)-(4)所示，其中，轴向即x方向，横向即y方向；

υ₁₂＝v_fυ_f12+v_mυ_m     (4)