本發(fā)明涉及復(fù)合材料層合板終層失效強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法的研究，特別涉及一種基于終層失效的含不確定參數(shù)復(fù)合材料層合板的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，考慮層合板力學(xué)性能參數(shù)的不確定性和基于終層失效破壞理論下的層合板強(qiáng)度分布信息的確定，包括上界和下界，以保證復(fù)合材料層合板強(qiáng)度預(yù)測(cè)的正確性和有效性，亦為層合板終層強(qiáng)度可靠性?xún)?yōu)化奠定了理論基礎(chǔ)。
背景技術(shù)：
：復(fù)合材料層合板具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高和可自由設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、機(jī)械、航空航天和軍事領(lǐng)域。對(duì)其結(jié)構(gòu)以及損傷和破壞規(guī)律等進(jìn)行研究，具有強(qiáng)大的工程實(shí)際意義。一方面，復(fù)合材料層合板的強(qiáng)度行為受組分材料、界面性質(zhì)、層合結(jié)構(gòu)、載荷、環(huán)境等多種因素的影響和制約，不可避免地包含許多不確定因素，使得復(fù)合材料的強(qiáng)度很難用一種明確的關(guān)系。因此，發(fā)展一種可以預(yù)測(cè)復(fù)合材料強(qiáng)度的方法就顯得尤為重要。另一方面，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形式、服役載荷及使用環(huán)境都相當(dāng)復(fù)雜，復(fù)合材料初始缺陷影響和損傷在跨層次結(jié)構(gòu)中的發(fā)展、蔓延、傳播并最終導(dǎo)致材料破壞與結(jié)構(gòu)失效的機(jī)制復(fù)雜。因此，如何建立復(fù)合材料有效性能試驗(yàn)表征與評(píng)價(jià)體系，發(fā)展高精度的預(yù)報(bào)理論與方法，給出科學(xué)合理的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)失效判據(jù)，定量化評(píng)價(jià)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性，是復(fù)合材料工作者面臨的重要課題。對(duì)于復(fù)合材料的研究已從以前的實(shí)驗(yàn)研究到理論性模擬，復(fù)合材料的強(qiáng)度分析亦受到國(guó)內(nèi)外科研人員的重視和大量研究。關(guān)于層合板的強(qiáng)度有兩種基本的考慮方法。第一種方法認(rèn)為：層合板的任何一層破壞，則認(rèn)為層合板破壞，稱(chēng)為初始層破壞假定。另一種考慮是：層合板內(nèi)某個(gè)單層破壞后，層合板還可繼續(xù)承擔(dān)載荷，只有當(dāng)所有單層破壞之后，才認(rèn)定層合板破壞，稱(chēng)為最終層破壞假定。針對(duì)大多數(shù)工程結(jié)構(gòu)而言，單層的破壞不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)本身的失效，因此，開(kāi)展復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度預(yù)測(cè)及終層失效分析是設(shè)計(jì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)時(shí)所必需解決的關(guān)鍵問(wèn)題，是安全、經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用復(fù)合材料的前提。在這方面，相關(guān)研究已有一些。然而需要強(qiáng)調(diào)的是：復(fù)合材料終層強(qiáng)度的失效分析并沒(méi)有考慮不確定力學(xué)參數(shù)的影響，因此得到的失效強(qiáng)度往往不能充分表征層合板結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度特性，進(jìn)而限制了層合板結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍和有效性。因此，如何綜合考慮復(fù)合材料的力學(xué)性能參數(shù)不確定性，基于建立的終層破壞理論，對(duì)層合板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度給出合理的預(yù)測(cè)是一項(xiàng)值得研究的問(wèn)題。為了精確預(yù)測(cè)層合板的終層失效強(qiáng)度，同時(shí)考慮不確定力學(xué)性能參數(shù)的影響，利用非統(tǒng)計(jì)度量方法對(duì)不確定力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行合理度量，進(jìn)而利用MonteCarlo模擬方法基于終層失效破壞理論給出層合板的終層失效強(qiáng)度的分布特征，是一種簡(jiǎn)單有效地實(shí)現(xiàn)層合板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度精確預(yù)測(cè)的方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：基于層合板終層破壞失效的合理假設(shè)，考慮復(fù)合材料層合板的不確定力學(xué)參數(shù)存在的影響，利用MonteCarlo模擬方法簡(jiǎn)單有效的特點(diǎn)，針對(duì)航空航天工程中復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度精確預(yù)測(cè)和失效判斷問(wèn)題，提供一種簡(jiǎn)單有效的基于終層失效的含不確定參數(shù)復(fù)合材料層合板的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于終層失效的含不確定參數(shù)復(fù)合材料層合板的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下：第一步：根據(jù)復(fù)合材料單層板力學(xué)性能試驗(yàn)，包括縱向拉伸試驗(yàn)、橫向拉伸試驗(yàn)以及面內(nèi)剪切試驗(yàn)得到的力學(xué)性能參數(shù)有限數(shù)據(jù)樣本點(diǎn)，具體指縱向拉伸彈性模量E1、橫向拉伸彈性模量E2、泊松比v12以及剪切模量G12，形成矩陣其中x1(1),x1(2),…xm(p)是試驗(yàn)數(shù)據(jù)，m為單層板力學(xué)參數(shù)的個(gè)數(shù)，p為每個(gè)參數(shù)樣本數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；利用非統(tǒng)計(jì)度量方法灰度理論或信息熵理論對(duì)有限樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選評(píng)估，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定，得到力學(xué)性能參數(shù)的不確定分布表征參數(shù)，上界和下界X；進(jìn)而隨機(jī)均勻生成MonteCarlo模擬數(shù)據(jù)樣本點(diǎn)Xi,i＝1,2,…,n，n為樣本點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，樣本總個(gè)數(shù)n為105～107；第二步：基于第一步得到的復(fù)合材料單層板力學(xué)性能MonteCarlo模擬數(shù)據(jù)樣本點(diǎn)Xi,i＝1,2,…,n，開(kāi)始循環(huán)，令i＝1，選擇力學(xué)性能樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)Xi，利用二維剛度矩陣[Q]及層合板鋪層角度θl,l＝1,2,…,N，計(jì)算每層單層板的轉(zhuǎn)換剛度矩陣其中N為層合板的總鋪層數(shù)；其中轉(zhuǎn)換剛度矩陣的的具體計(jì)算方式如下：[Q‾]l=[T]l-1[Q][[T]l-1]T]]>式中[T]為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，上表-1表示矩陣的逆運(yùn)算，上表T表示矩陣的轉(zhuǎn)置。[T]的展開(kāi)式為：[T]=cos2θsin2θ2sinθcosθsin2θcos2θ-2sinθcosθ-sinθcosθsinθcosθcos2θ-sin2θ]]>第三步：基于第二步得到的轉(zhuǎn)換剛度矩陣及其每項(xiàng)根據(jù)層合板的構(gòu)成形式，計(jì)算層合板的拉伸剛度矩陣[A]、耦合剛度矩陣[B]以及彎曲剛度矩陣[D]，即：Aij=Σk=1N(Q‾ij)k(zk-zk-1),Bij=12Σk=1N(Q‾ij)k(zk2-zk-12),Dij=13Σk=1N(Q‾ij)k(zk3-zk-13)]]>式中Aij,Bij,Dij分別為拉伸剛度矩陣、耦合剛度矩陣以及彎曲剛度矩陣對(duì)應(yīng)的剛度系數(shù)；表示第k層單層板的轉(zhuǎn)換剛度系數(shù)，zk為各單層厚度上坐標(biāo)，zk-1為各單層厚度下坐標(biāo)；第四步：基于第三步得到的拉伸剛度矩陣[A]、耦合剛度矩陣[B]以及彎曲剛度矩陣[D]，利用本構(gòu)方程計(jì)算得到：ϵ0K=abbdNM]]>式中N＝[NxNyNxy]Τ是單位寬度面內(nèi)合力，其中Nx和Ny分別為層合板x方向和y方向的拉力或壓力，Nxy為剪切力；M＝[MxMyMxy]Τ為單位寬度彎矩和扭矩，其中Mx和My分別為繞y方向和x方向的彎矩，Mxy為扭矩；是中面應(yīng)變，其中和分別為x方向和y方向的中面拉應(yīng)變或壓應(yīng)變，為中面切應(yīng)變；K＝[KxKyKxy]Τ是中面彎曲率和扭曲率，其中Kx和Ky分別為繞y方向和x方向的中面彎曲率，Kxy為中面扭曲率，進(jìn)而計(jì)算層合板內(nèi)任一單層的應(yīng)變、主應(yīng)變以及主應(yīng)力；層合板內(nèi)任一單層應(yīng)變，主應(yīng)變以及主應(yīng)力的求解過(guò)程方式如下：層合板內(nèi)任一單層應(yīng)變：ϵxϵyγxy=ϵx0ϵy0γxy0+zKxKyKxy]]>層合板內(nèi)任一單層主應(yīng)變：ϵ1ϵ2γ12=[[T]-1]Tϵxϵyγxy]]>層合板內(nèi)任一單層主應(yīng)力：σ1σ2τ12=[Q]ϵ1ϵ2γ12]]>第五步：將第四步得到的每一單層主應(yīng)力代入復(fù)合材料失效準(zhǔn)則中，包括最大應(yīng)力準(zhǔn)則、Tsai-Wu準(zhǔn)則、Tsai-Hill準(zhǔn)則和Hoffman準(zhǔn)則，計(jì)算出每層對(duì)應(yīng)的破壞指標(biāo)以及強(qiáng)度比Rl,l＝1,2,…,N，將最小強(qiáng)度比Rmin對(duì)應(yīng)的單層板性能進(jìn)行退化；單層板性能退化的具體方式指：當(dāng)發(fā)生基體破壞或剪切破壞時(shí)，令E2＝0,G12＝0，但E1保持不變，其中E1為縱向拉伸彈性模量，E2為橫向拉伸彈性模量，G12為剪切模量；當(dāng)發(fā)生纖維斷裂時(shí)，E1＝0，E2＝0,G12＝0。第六步：針對(duì)第五步得到的最小強(qiáng)度比Rmin，判斷最小強(qiáng)度比是否小于1，如果不小于1，則外載荷放大Rmin倍，重復(fù)步驟二～步驟五，直到最小強(qiáng)度比小于1計(jì)算停止，確定終層失效強(qiáng)度Fi；其中強(qiáng)度比是一個(gè)線(xiàn)性放大系數(shù)。如果強(qiáng)度比R等于l，則此時(shí)發(fā)生破壞。如果R＝2，則安全系數(shù)為2，意味著當(dāng)把載荷增加到現(xiàn)在的兩倍時(shí)，破壞才會(huì)發(fā)生。這種方法對(duì)于判斷復(fù)合材料破壞非?？焖儆行?，可以使載荷增量以較快速度增加。第七步：判斷循環(huán)次數(shù)i是否等于n，如果不等于n，則i＝i+1，重復(fù)步驟二～步驟六，如果等于n，則輸出層合板失效強(qiáng)度分布范圍，計(jì)算結(jié)束，完成了含不確定參數(shù)復(fù)合材料層合板的終層失效強(qiáng)度預(yù)測(cè)。其中層合板失效強(qiáng)度分布范圍指失效強(qiáng)度的上界和下界F，即：F‾=max{F1,F2,...,Fn},F‾=min{F1,F2,...,Fn}]]>式中max和min表示取最大值和取最小值運(yùn)算，其中F1,F2,…,Fn分別為第1次、第二次、…、第n次循環(huán)所得到的終層失效強(qiáng)度。本發(fā)明的原理在于：本發(fā)明充分考慮實(shí)際工程復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)中不可避免地不確定性，以終層破壞失效為理論基礎(chǔ)，以非概率度量方法對(duì)力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)合理有效度量，求解層合板應(yīng)力及強(qiáng)度失效指標(biāo)，進(jìn)而對(duì)層合板性能退化，最終實(shí)現(xiàn)層合板終層強(qiáng)度的精確預(yù)測(cè)。所得結(jié)果不僅可以達(dá)到一定的精度和可信度，而且計(jì)算方便，便于研究設(shè)計(jì)人員理解和接受。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明針對(duì)航空航天復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)提供了一種可考量不確定力學(xué)參數(shù)影響的終層失效強(qiáng)度預(yù)測(cè)的方法，在保持終層失效破壞理論假設(shè)有效應(yīng)用的前提下，利用非概率度量方法對(duì)不確定力學(xué)參數(shù)的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行表征，將MonteCarlo模擬方法應(yīng)用在層合板的終層失效理論中。所建立的層合板強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，不僅保證了強(qiáng)度預(yù)測(cè)的有效性和合理性，且考慮了不確定力學(xué)參數(shù)對(duì)終層強(qiáng)度影響。在對(duì)含不確定力學(xué)性能參數(shù)的復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的終層強(qiáng)度預(yù)測(cè)時(shí)，可以充分考慮不確定參數(shù)的影響，在確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單實(shí)用的前提下可大大提高計(jì)算精度和可信性。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明基于終層失效的含不確定參數(shù)復(fù)合材料層合板的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法的流程圖；圖2是本發(fā)明中的受面內(nèi)載荷復(fù)合材料層合板的示意圖；圖3是本發(fā)明中的縱向拉伸彈性模量E1和橫向拉伸彈性模量E2關(guān)于灰度理論確定的分布范圍示意圖；圖4是本發(fā)明中的泊松比v12和面內(nèi)剪切模量G12關(guān)于灰度理論確定的分布范圍示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明提出了一種基于終層失效的含不確定參數(shù)復(fù)合材料層合板的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：(1)根據(jù)復(fù)合材料單層板力學(xué)性能試驗(yàn)，包括縱向拉伸試驗(yàn)、橫向拉伸試驗(yàn)以及面內(nèi)剪切試驗(yàn)得到力學(xué)性能參數(shù)縱向拉伸彈性模量E1、橫向拉伸彈性模量E2、泊松比v12以及剪切模量G12的有限數(shù)據(jù)樣本點(diǎn)，構(gòu)成矩陣其中x1(1),x1(2),…xm(p)是試驗(yàn)數(shù)據(jù)，m為單層板力學(xué)參數(shù)的個(gè)數(shù)，此處為4；p為每個(gè)參數(shù)樣本數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；利用灰度理論、信息熵理論的非統(tǒng)計(jì)度量方法對(duì)有限樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選評(píng)估，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定；其中灰度理論將某一力學(xué)性能參數(shù)有效測(cè)量數(shù)據(jù)序列{xj(i),i＝1,2,…,p}從小到大排列成新序列并經(jīng)一次累加生成后的新序列：{xj(1)(i),i=1,2,...,p}=(xj(1)(1),j(1)(2),...,j(1)(p))=(xj(0)(1),xj(0)(1)+xj(0)(2),...,xj(0)(1)+xj(0)(2)+...+xj(0)(p))]]>定義Δj(k)=xj(1)(p)pk-xj(1)(k)Δjmax=max(Δj(1),Δj(2),......,Δj(p))sj=cΔjmaxp]]>其中，c是灰色常量系數(shù)，一般認(rèn)為是2.5。max表示取最大值運(yùn)算。sj是基于灰色評(píng)價(jià)的力學(xué)性能參數(shù)不確定量的估計(jì)值。如果那么區(qū)間被認(rèn)為是該力學(xué)性能參數(shù)真實(shí)值的估計(jì)區(qū)間，k為不確定度擴(kuò)展系數(shù)，一般取3。重復(fù)上述灰度理論，得到單層板的力學(xué)性能參數(shù)的所有不確定估計(jì)區(qū)間，即有上界和下界分別為：X‾=[x‾1+ks1,x‾2+ks2,x‾3+ks3,x‾4+ks4]T]]>X‾=[x‾1-ks1,x‾2-ks2,x‾3-ks3,x‾4-ks4]T]]>其中x1,x2,x3,x4分別層合板表示力學(xué)性能參數(shù)E1,E2,v12,G12。根據(jù)得到力學(xué)性能參數(shù)的上、下界，利用MATLAB直接隨機(jī)均勻生成MonteCarlo模擬數(shù)據(jù)樣本點(diǎn)Xi,i＝1,2,…,n，n為樣本點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，樣本總個(gè)數(shù)n為105～107；(2)基于第一步得到的得到的復(fù)合材料單層板力學(xué)性能MonteCarlo模擬數(shù)據(jù)樣本點(diǎn)Xi,i＝1,2,…,n，開(kāi)始進(jìn)行MonteCarlo模擬。開(kāi)始循環(huán)，令i＝1，此時(shí)選擇力學(xué)性能樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)Xi，利用二維剛度矩陣[Q]及層合板鋪層角度θl,l＝1,2,…,N，計(jì)算每層單層板的轉(zhuǎn)換剛度矩陣其中二維剛度矩陣[Q]與力學(xué)性能樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)Xi的關(guān)系如下：[Q]=Q11Q120Q12Q22000Q66,Xi=x1ix2ix3ix4iT=E1E2v12G12T]]>其中Q12＝v12Q22,Q66＝G12,轉(zhuǎn)換剛度矩陣的的具體計(jì)算方式如下：[Q‾]l=[T]l-1[Q][[T]l-1]T]]>式中[T]為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，上表-1表示矩陣的逆運(yùn)算，上表T表示矩陣的轉(zhuǎn)置。[T]與鋪層角度θ的關(guān)系式為：[T]=cos2θsin2θ2sinθcosθsin2θcos2θ-2sinθcosθ-sinθcosθsinθcosθcos2θ-sin2θ]]>(3)基于第二步得到的轉(zhuǎn)換剛度矩陣可知其每項(xiàng)為：Q‾11=m4Q11+2m2n2(Q12+2Q66)+n4Q22]]>Q‾12=m2n2(Q11+Q22-4Q66)+(m4+n4)Q12]]>Q‾22=n4Q11+2m2n2(Q12+2Q66)+m4Q22]]>Q‾16=m3n(Q11-Q12)+mn3(Q12-Q22)-2mn(m2-n2)Q66]]>Q‾26=mn3(Q11-Q12)+m3n(Q12-Q22)+2mn(m2-n2)Q66]]>Q‾66=m2n2(Q11+Q22-2Q12-2Q66)+(m4+n4)Q66]]>這里，有m＝cosθ,n＝sinθ。根據(jù)層合板的構(gòu)成形式，指鋪層角度和鋪層厚度，計(jì)算層合板的拉伸剛度矩陣[A]、耦合剛度矩陣[B]以及彎曲剛度矩陣[D]，即：Aij=∫Q‾ijdz=Σk=1N(Q‾ij)k(zk-zk-1)]]>Bij=∫Q‾ijzdz=12Σk=1N(Q‾ij)k(zk2-zk-12)]]>Dij=∫Q‾ijz2dz=13Σk=1N(Q‾ij)k(zk3-zk-13)]]>式中Aij,Bij,Dij分別為拉伸剛度矩陣、耦合剛度矩陣以及彎曲剛度矩陣對(duì)應(yīng)的剛度系數(shù)；當(dāng)層合板為對(duì)稱(chēng)鋪設(shè)時(shí)，有Bij＝0；表示第k層單層板的轉(zhuǎn)換剛度系數(shù)，zk為各單層厚度上坐標(biāo)，zk-1為各單層厚度下坐標(biāo)；(4)基于第三步得到的拉伸剛度矩陣[A]、耦合剛度矩陣[B]以及彎曲剛度矩陣[D]，利用本構(gòu)方程計(jì)算得到：ϵ0K=abbdNM]]>式中N＝[NxNyNxy]Τ是單位寬度面內(nèi)合力，其中Nx和Ny分別為層合板x方向和y方向的拉力或壓力，Nxy為剪切力；M＝[MxMyMxy]Τ為單位寬度彎矩和扭矩，其中Mx和My分別為繞y方向和x方向的彎矩，Mxy為扭矩；是中面應(yīng)變，其中和分別為x方向和y方向的中面拉應(yīng)變或壓應(yīng)變，為中面切應(yīng)變；K＝[KxKyKxy]Τ是中面彎曲率和扭曲率，其中Kx和Ky分別為繞y方向和x方向的中面彎曲率，Kxy為中面扭曲率。若是對(duì)稱(chēng)層合板，則有：N＝Aε0,M＝DKε0＝aN,K＝dM進(jìn)而計(jì)算層合板內(nèi)任一單層的應(yīng)變、主應(yīng)變以及主應(yīng)力；層合板內(nèi)任一單層應(yīng)變，主應(yīng)變以及主應(yīng)力的求解過(guò)程方式如下：層合板內(nèi)任一單層應(yīng)變：ϵxϵyγxy=ϵx0ϵy0γxy0+zKxKyKxy]]>層合板內(nèi)任一單層主應(yīng)變：ϵ1ϵ2γ12=[[T]-1]Tϵxϵyγxy]]>層合板內(nèi)任一單層主應(yīng)力：σ1σ2τ12=[Q]ϵ1ϵ2γ12]]>(5)將第四步得到的每一單層主應(yīng)力[σ1σ2τ12]Τ代入復(fù)合材料失效準(zhǔn)則中，包括最大應(yīng)力準(zhǔn)則、Tsai-Wu準(zhǔn)則、Tsai-Hill準(zhǔn)則和Hoffman準(zhǔn)則，計(jì)算出每層對(duì)應(yīng)的破壞指標(biāo)；其中Tsai-Wu準(zhǔn)則指材料不發(fā)生破壞的條件是：F.I.=F1σ1+F2σ2+F11σ12+F22σ22+F66τ122+2F12σ1σ2<1]]>式中Xt,Xc分別為縱向拉伸、壓縮極限強(qiáng)度；Yt,Yc分別為橫向拉伸、壓縮極限強(qiáng)度；S為面內(nèi)剪切極限強(qiáng)度。F.I.是破壞指標(biāo)。為了更方便地使用復(fù)合材料失效準(zhǔn)則，引入強(qiáng)度比R，將最大應(yīng)力狀態(tài)代入有：即有：F1Rσ1+F2Rσ2+F11R2σ12+F22R2σ22+F66R2τ122+2F12R2σ1σ2=1]]>令b＝F1σ1+F2σ2，則有強(qiáng)度比R為：R=-b+b2+4a2a]]>將每層強(qiáng)度比中最小強(qiáng)度比Rmin對(duì)應(yīng)的單層板性能進(jìn)行退化；單層板性能退化的具體方式指：當(dāng)發(fā)生基體破壞或剪切破壞時(shí)，令E2＝0,G12＝0，但E1保持不變，其中E1為縱向拉伸彈性模量，E2為橫向拉伸彈性模量，G12為剪切模量；當(dāng)發(fā)生纖維斷裂時(shí)，E1＝0，E2＝0,G12＝0。(6)針對(duì)第五步得到的每層強(qiáng)度比中最小強(qiáng)度比Rmin，判斷最小強(qiáng)度比是否小于1，如果不小于1，則外載荷放大Rmin倍，重復(fù)步驟二～步驟五，對(duì)性能退化后的復(fù)合材料層合板進(jìn)行強(qiáng)度迭代求解，直到最小強(qiáng)度比小于1計(jì)算停止，確定終層失效強(qiáng)度Fi：Fi＝Rmin(1)·Rmin(2)…Rmin(k)·F0式中Rmin(1),Rmin(2),…,Rmin(k)為迭代過(guò)程中大于1的最小強(qiáng)度比，k為相應(yīng)個(gè)數(shù)。F0為施加的初始外載荷。其中強(qiáng)度比是一個(gè)線(xiàn)性放大系數(shù)。如果強(qiáng)度比R等于l，則此時(shí)發(fā)生破壞。如果R＝2，則安全系數(shù)為2，意味著當(dāng)把載荷增加到現(xiàn)在的兩倍時(shí)，破壞才會(huì)發(fā)生。這種方法對(duì)于判斷復(fù)合材料破壞非?？焖儆行?，可以使載荷增量以較快速度增加。(7)判斷循環(huán)次數(shù)i是否等于n，如果不等于n，則有循環(huán)次數(shù)i＝i+1，重復(fù)步驟二～步驟六，進(jìn)行層合板終層失效強(qiáng)度的分布特性求解，如果等于n，則輸出含不確定力學(xué)參數(shù)層合板失效強(qiáng)度分布范圍，計(jì)算結(jié)束，完成了含不確定參數(shù)復(fù)合材料層合板的終層失效強(qiáng)度預(yù)測(cè)。其中層合板失效強(qiáng)度分布范圍指失效強(qiáng)度的上界和下界F，即：F‾=max{F1,F2,...,Fn},F‾=min{F1,F2,...,Fn}]]>式中max和min表示取最大值和取最小值運(yùn)算，其中F1,F2,…,Fn分別為第1次、第二次、…、第n次循環(huán)所得到的終層失效強(qiáng)度。實(shí)施例：為了更充分地了解該發(fā)明的特點(diǎn)及其對(duì)工程實(shí)際的適用性，本發(fā)明針對(duì)如圖2所示的受面內(nèi)拉伸載荷Nx的對(duì)稱(chēng)層合板進(jìn)行終層強(qiáng)度預(yù)測(cè)。該層合板的材料為T(mén)300/QY8911，14組力學(xué)性能參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示。該層合板的單層板厚度為0.125mm，鋪層形式為[0/45/-45/90]s。層合板強(qiáng)度性能參數(shù)為Xt＝1500MPa，Xc＝1200MPa，Yt＝50MPa，Yc＝250MPa，S＝70MPa?；诮K層失效理論假設(shè)，借助于編程軟件MATLAB，考慮力學(xué)性能參數(shù)的不確定影響，對(duì)復(fù)合材料的層合板終層強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。其中，復(fù)合材料失效準(zhǔn)則考慮使用Tasi-Wu準(zhǔn)則，且不考慮強(qiáng)度性能參數(shù)的不確定分析。力學(xué)性能參數(shù)的不確定采用非統(tǒng)計(jì)度量方法灰度理論評(píng)估。T300/QY8911力學(xué)性能參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：表1T300/QY8911力學(xué)性能參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用灰度理論確定的力學(xué)參數(shù)列在表2中，力學(xué)性能參數(shù)不確定評(píng)估結(jié)果的分布范圍示意圖如圖3、圖4所示：表2復(fù)合材料單層板的不確定評(píng)估得到的復(fù)合材料層合板終層失效強(qiáng)度分布范圍如下：表3復(fù)合材料層合板終層失效強(qiáng)度分布范圍(N)該實(shí)施例借助MATLAB完成了含不確定參數(shù)復(fù)合材料層合板的終層強(qiáng)度預(yù)測(cè)。提出的方法可以有效考慮不確定力學(xué)性能參數(shù)的存在，且MonteCarlo模擬方法計(jì)算簡(jiǎn)單，便于理解，在保證計(jì)算合理性的同時(shí)，計(jì)算更加方便可信。綜上所述，本發(fā)明提出了一種基于終層失效的含不確定參數(shù)復(fù)合材料層合板的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法。首先，根據(jù)復(fù)合材料力學(xué)性能試驗(yàn)確定的有限樣本數(shù)據(jù)，利用灰度理論、信息熵理論的非統(tǒng)計(jì)度量方法，得到單層板力學(xué)性能的合理不確定度量區(qū)間，進(jìn)而隨機(jī)均勻產(chǎn)生MonteCarlo模擬的數(shù)值點(diǎn)；利用所得到的力學(xué)性能參數(shù)數(shù)值模擬點(diǎn)，結(jié)合二維剛度矩陣及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，計(jì)算單層板的轉(zhuǎn)換剛度矩陣；然后基于層合板拉伸剛度、耦合剛度及彎曲剛度計(jì)算公式及本構(gòu)方程，計(jì)算層合板每一層的應(yīng)變與應(yīng)力；將應(yīng)力代入復(fù)合材料失效準(zhǔn)則進(jìn)行失效指標(biāo)以及強(qiáng)度比的計(jì)算，即基于終層失效理論對(duì)復(fù)合材料層合板的強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)。最后，利用MonteCarlo數(shù)值模擬方法，求解終層強(qiáng)度的分布范圍。以上僅是本發(fā)明的具體步驟，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制；凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3