(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111293642.1 (22)申请日 2021.11.03 (71)申请人 哈尔滨哈飞航空工业有限责任公司 地址 150006 黑龙江省哈尔滨市哈南工业 新城南城二路 (72)发明人 韩刘　宋瑶　王金亮　张震　 李世峰　门坤发　宫少波　苑春辉　 朱洪艳　 (74)专利代理 机构 中国航空专利中心 1 1008 代理人 张昕 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种热塑性复合材料层压结构的失效分析 方法 (57)摘要 本发明公开了一种热塑性复合材料层压结 构的失效分析方法， 包括： 步骤1， 建立热塑性复 合材料的面内弹性损伤模型， 得到面内弹性损伤 的应力应变水平； 步骤2， 建立热塑性复合材料的 面内剪切弹塑性模型， 得到面内剪切弹塑性的应 力应变水平； 步骤3， 根据步骤1和步骤2得到的应 力应变水平， 确定出热塑性复合材料层压结构的 面内初始损伤以及面内发生初始损伤后的刚性 退化形式； 步骤4， 确定热 塑性复合材料层压 结构 的层间初始损伤以及层间发生初始损伤后的刚 性退化形式。 本发明实施例提供的技术方案解决 了现有复合材料损伤理论主要为针对热固性复 合材料的研究， 从而导致难以有效预测热塑性复 合材料层压结构渐进失效情况的问题。 权利要求书3页 说明书9页 附图5页 CN 114065574 A 2022.02.18 CN 114065574 A 1.一种热塑性复合材料层压结构的失效分析方法， 其特征在于， 所述热塑性复合材料 的平面应力包括弹性应力和剪切塑性应力； 所述失效分析 方法包括： 步骤1， 建立热塑性复合材料的面内弹性损伤模型， 得到面内弹性损伤的应力应变水 平； 步骤2， 建立热塑性复合材料的面内剪切弹塑性模型， 得到面内剪切弹塑性的应力应变 水平； 步骤3， 根据步骤1和步骤2得到的应力应变水平， 确定出热塑性复合材料层压结构的面 内初始损伤以及面内发生初始损伤后的刚性退化形式； 步骤4， 确定热塑性复合材料层压结构的层间初始损伤以及层间发生初始损伤后的刚 性退化形式。 2.根据权利要求1所述的热塑性复合材料层压结构的失效分析方法， 其特征在于， 所述 步骤1包括： 在平面应力状态条件下， 热塑性复合材 料性能退化的弹性应力 ‑应变关系的模型为： 其中， d1为纤维1向损伤变量， d2为纤维2向损伤变量， d12为剪切损伤变量； E1为层压板1 向的弹性模量， E2为层压板2向的弹性模量； ε1为1向应变， ε2为2向应变， ε12el为剪切应变； σ1 为1向应力， σ2为2向应力， σ12为剪切应力； 且所述1向损伤变量和2向损伤变量 为： 其中， d+为拉伸过程产生的损伤变量， d‑为压缩过程中产生的损伤变量。 3.根据权利要求2所述的热塑性复合材料层压结构的失效分析方法， 其特征在于， 所述 热塑性复合材 料的总应 变等于弹性应 变加上塑性应 变； 所述步骤2包括： 根据各向同性硬化定律的经典塑性模型， 并基于仅在剪切应变中具有塑性应变的设 定， 得到热塑性复合材 料的面内剪切弹 塑性模型为： R( ε12pl)＝C( ε12pl)p 其中， R( ε12pl)为一个关于塑性累计应变ε12pl的各向同性硬化函数， C和p为通过试验的 剪切应力 ‑应变曲线拟合获得。 4.根据权利要求3所述的热塑性复合材料层压结构的失效分析方法， 其特征在于， 所述 步骤3包括： 步骤31， 根据步骤1和步骤2得到的应力应变水平， 确定热塑性复合材料层压结构的面 内初始损伤判据； 步骤32， 根据 所述面内初始损伤判据确定所述热塑性复合材料层压结构的面内发生初 始损伤后， 确定面内损伤刚度退化形式。 5.根据权利要求4所述的热塑性复合材料层压结构的失效分析方法， 其特征在于， 所述权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114065574 A 2步骤31中所确定出的初始损伤判据， 包括： 从径向纤维拉伸失效、 径向纤维压缩失效、 纬向纤维拉伸失效、 纬向纤维压缩失效， 以 及基体面内剪切失效的失效模式， 分别确定每种失效模式下的初始损伤判据。 6.根据权利要求5所述的热塑性复合材料层压结构的失效分析方法， 其特征在于， 所述 步骤31中各失效模式下的初始损伤判据， 包括： 失效判据1， 径向纤维拉伸模式下用于失效判据的径向拉伸失效因子为： 失效判据2， 径向纤维压缩 模式下用于失效判据的径向压缩失效因子为： 失效判据3， 纬向纤维拉伸模式下用于失效判据的纬向拉伸失效因子为： 失效判据4， 纬向纤维压缩 模式下用于失效判据的纬向压缩失效因子为： 失效判据5， 基 体面内剪切模式下用于失效判据的剪切失效因子为： 其中， 各失效因子等于1时， 发生初始失效； Xt为纤维径向 的拉伸强度， Xc为纤维径向 的压缩强度； Yt为纤维纬向的拉伸强度， Yc为纤 维纬向的压缩强度； S12为面内的剪切强度。 7.根据权利要求4所述的热塑性复合材料层压结构的失效分析方法， 其特征在于， 所述 步骤32中所确定出的热塑性复合材 料层压结构的面内 刚度退化形式包括： 热塑性复合材 料的面内拉伸刚度退化 为基于材 料的断裂韧性的线性退化形式； 热塑性复合材 料的面内压缩刚度退化 为基于材 料的断裂韧性的线性退化形式； 热塑性复合材 料的面内剪切失效刚度退化 为基于试验数据拟合的衰减方式。 8.根据权利要求7所述的热塑性复合材料层压结构的失效分析方法， 其特征在于， 所述 热塑性复合材 料层压结构中， 各层之间具有胶 层， 所述步骤4包括： 步骤41， 确定热塑性复合材 料层压结构的层间初始损伤判据； 步骤42， 根据 所述层间初始损伤判据确定所述热塑性复合材料层压结构的胶层发生初 始损伤后， 确定层间损伤刚度退化形式。 9.根据权利要求8所述的热塑性复合材料层压结构的失效分析方法， 其特征在于， 所述 步骤41中的层间初始损伤判据包括：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114065574 A 3