一種復(fù)合材料層合板損傷過程模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于飛機設(shè)計領(lǐng)域，涉及一種低速沖擊下復(fù)合材料層合板損傷過程模擬方法，其特征在于，提供一種利用ABAQUS用戶子程序的復(fù)合材料層合板低速沖擊損傷的數(shù)值仿真分析方法，可以進行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷起始、累積至破壞過程的數(shù)值模擬。其有益效果是：通過該方法能夠清楚了解層合板承載時的損傷破壞歷程，為有效分析飛機結(jié)構(gòu)中復(fù)合材料層板的結(jié)構(gòu)損傷容限提供技術(shù)手段。
【專利說明】一種復(fù)合材料層合板損傷過程模擬方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飛機設(shè)計領(lǐng)域，涉及一種低速沖擊下復(fù)合材料層合板損傷過程模擬方法。

【背景技術(shù)】
[0002]低速沖擊損傷對復(fù)合材料的強度、剛度及使用壽命都有較大的影響。為了有效分析飛機結(jié)構(gòu)中復(fù)合材料層板的結(jié)構(gòu)損傷容限，必須清楚地了解層板承載時的損傷破壞歷程，因此有必要開展復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷過程的數(shù)值模擬研究。
[0003]復(fù)合材料層合板強度計算分析一般可采用通用的有限元軟件ABAQUS進行，但是通過ABAQUS軟件自帶的分析模塊，只能得到復(fù)合材料層合板受沖擊后的應(yīng)力、應(yīng)變分布，無法對于復(fù)合材料層板受沖擊后損傷起始、累積至破壞過程進行模擬。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提供一種利用ABAQUS用戶子程序的復(fù)合材料層合板低速沖擊損傷的數(shù)值仿真分析方法，通過ABAQUS軟件用戶子程序界面，可以進行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷起始、累積至破壞過程的數(shù)值模擬。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于ABAQUS軟件用戶子程序的低速沖擊下復(fù)合材料層合板的損傷過程模擬方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0006]第一，建立復(fù)合材料層合板的有限兀模型
[0007]在ABAQUS/CAE中建立復(fù)合材料層合板的有限元整體模型，包括有限元網(wǎng)格、材料、邊界條件，以及外來物的質(zhì)量、沖擊速度等。
[0008]第二，按照復(fù)合材料層板不同損傷形式，提出損傷判據(jù)
[0009]玻璃纖維增強樹脂基復(fù)合材料單向板受低速沖擊下的破壞形式有三種:纖維斷裂、基體開裂和基體擠裂。由于復(fù)合材料單向?qū)影鍙漠a(chǎn)生損傷直至破壞均表現(xiàn)為彈性，因此可以不考慮塑性變形的影響。根據(jù)損傷方式的不同給出如下?lián)p傷判據(jù):
[0010]a)纖維斷裂
[0011]對于圖2所示的纖維斷裂，其損傷判據(jù)為:
r CTx , )( CX 丨2，H- CX,3,
[0012]——— H-—————-——— > I
V^ / J 、J
[0013]b)基體開裂
[0014]對于圖3所示的基體開裂，其損傷判據(jù)為:
r \2 ? λ2 ? V
[0015]+ ^ +>1, σ77>0
γCC,22
K 1T J V α12 J V°rn23 J
[0016]c)基體擠裂
[0017]對于圖4所示的基體擠裂，其損傷判據(jù)為:

【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合材料層合板損傷過程模擬方法，其特征在于，其特征在于，包括如下步驟: 第一，建立復(fù)合材料層合板的有限兀模型 在ABAQUS/CAE中建立復(fù)合材料層合板的有限元整體模型，包括有限元網(wǎng)格、材料、邊界條件，以及外來物的質(zhì)量和沖擊速度； 第二，按照復(fù)合材料層板不同損傷形式，提出損傷判據(jù) 玻璃纖維增強樹脂基復(fù)合材料單向板受低速沖擊下的破壞形式有三種:纖維斷裂、基體開裂和基體擠裂；根據(jù)損傷方式的不同給出如下?lián)p傷判據(jù): a)纖維斷裂 纖維斷裂損傷判據(jù)為:
b)基體開裂 基體開裂損傷判據(jù)為:
O基體擠裂 基體擠裂損傷判據(jù)為:
d)層間開裂準則 對于位于層間的COHESIVE單元采用如下的開裂準則:
其中 Gs = Gs+Gt，Gt = Gn+Gs ； 第三，采用折減單元剛度矩陣的方法，對滿足損傷判則的單元應(yīng)力進行更新，具體計算步驟如下: 首先通過子程序SDVINI定義初始狀態(tài)變量，然后利用子程序UMAT讀入每個單元的初始剛度矩陣，根據(jù)損傷判據(jù)判斷單元是否出現(xiàn)損傷，如果沒有出現(xiàn)損傷，則繼續(xù)使用初始單元剛度矩陣進行應(yīng)力更新；如果出現(xiàn)損傷，則對單元剛度矩陣進行折減，使用退化的單元剛度矩陣更新應(yīng)力； 具體的單元應(yīng)力更新方案如表1 ;其中，Df、Dffl和Dm。分別代表纖維斷裂、基體開裂和基體擠裂的損傷參數(shù)，當滿足損傷條件時它們等于1，單元相應(yīng)的應(yīng)力分量就置為O ;當損傷條件不滿足時損傷參數(shù)則等于O ;與實際情況相同，一旦損傷參數(shù)等于I之后，其值就一直為I，表示單元失去了承載能力； 表1應(yīng)力更新方案
第四，將計算文件及用戶子程序提交ABAQUS/standard進行計算，得到計算結(jié)果。
【文檔編號】G06F17/50GK104133930SQ201410182586
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月27日
【發(fā)明者】張音旋 申請人:中國航空工業(yè)集團公司沈陽飛機設(shè)計研究所