[发明专利]一种复合材料层合板损伤过程模拟方法

摘要

本发明属于飞机设计领域，涉及一种低速冲击下复合材料层合板损伤过程模拟方法，其特征在于，提供一种利用ABAQUS用户子程序的复合材料层合板低速冲击损伤的数值仿真分析方法，可以进行复合材料结构损伤起始、累积至破坏过程的数值模拟。其有益效果是：通过该方法能够清楚了解层合板承载时的损伤破坏历程，为有效分析飞机结构中复合材料层板的结构损伤容限提供技术手段。

主权项

一种复合材料层合板损伤过程模拟方法，其特征在于，其特征在于，包括如下步骤：第一，建立复合材料层合板的有限元模型在ABAQUS/CAE中建立复合材料层合板的有限元整体模型，包括有限元网格、材料、边界条件，以及外来物的质量和冲击速度；第二，按照复合材料层板不同损伤形式，提出损伤判据玻璃纤维增强树脂基复合材料单向板受低速冲击下的破坏形式有三种：纤维断裂、基体开裂和基体挤裂；根据损伤方式的不同给出如下损伤判据：a)纤维断裂纤维断裂损伤判据为：(σ11XT)2+(σ122+σ132Sf2)≥1]]>b)基体开裂基体开裂损伤判据为：(σ22YT)2+(σ12S12)2+(σ23Sm23)2≥1,σ22≥0]]>c)基体挤裂基体挤裂损伤判据为：14(-σ22S12)2+Yc2σ224S122Yc-σ22Yc+(σ12S12)2≥1,σ22<0]]>d)层间开裂准则对于位于层间的COHESIVE单元采用如下的开裂准则：GC=GnC+(GsC-GnC)(GSGT)η]]>其中GS＝Gs+Gt，GT＝Gn+GS；第三，采用折减单元刚度矩阵的方法，对满足损伤判则的单元应力进行更新，具体计算步骤如下：首先通过子程序SDVINI定义初始状态变量，然后利用子程序UMAT读入每个单元的初始刚度矩阵，根据损伤判据判断单元是否出现损伤，如果没有出现损伤，则继续使用初始单元刚度矩阵进行应力更新；如果出现损伤，则对单元刚度矩阵进行折减，使用退化的单元刚度矩阵更新应力；具体的单元应力更新方案如表1；其中，Df、Dm和Dmc分别代表纤维断裂、基体开裂和基体挤裂的损伤参数，当满足损伤条件时它们等于1，单元相应的应力分量就置为0；当损伤条件不满足时损伤参数则等于0；与实际情况相同，一旦损伤参数等于1之后，其值就一直为1，表示单元失去了承载能力；表1应力更新方案第四，将计算文件及用户子程序提交ABAQUS/standard进行计算，得到计算结果。