CN107016156B - 用于复合材料层内失效模式的测试数据简化的方法 - Google Patents

用于复合材料层内失效模式的测试数据简化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于复合材料层内失效模式的测试数据简化的方法。一种方法利用来自一系列FEM模型的结果形成合规性曲线的主导数。使用独特的主曲线解决了由单独拟合合规性曲线造成的测试数据波动问题。分析得到的合规性曲线的导数消除取合规性的导数的需要并且因此不再存在导数计算误差。通过将现有的解决方案和本文中所公开且要求保护的解决方案应用于相同组的原始测试数据，发现数据离散显著地降低。

Description

用于复合材料层内失效模式的测试数据简化的方法
技术领域
如本文所公开的本技术总体上涉及复合材料中的层内失效(intra-laminarfailure)，并且更具体地涉及在薄层水平复合材料失效模式测试中简化原始测试数据。
背景技术
基体层压复合材料(matrix laminated composite)由于它们高的刚度对重量比(stiffness-to-weight)和强度对重量比(strength-to-weight ratio)而日益增多地应用于结构。然而，它们可形成内部损坏，比如基体破裂和分层，这降低结构完整性而导致失效。内部损坏不易检测到。横向基体破裂和分层为复合材料的典型损坏机制，尤其是当结构经受弯曲负荷时。
在复合材料失效中存在两种不同失效机制。一种为所谓的层内失效，其中失效发生在层内。另一种为层间失效，其中层间失效在层之间。在层内失效与层间失效之间存在强的相互作用。例如，当裂纹继续跨越层片时，借助层片引发的基体裂纹将导致在相邻层片界面处的分层。层内断裂韧度和层间断裂韧度两者的测量是重要的。由于对于层间断裂韧度的成熟的ASTM测试标准和相关联的测试数据简化方法已经存在，所以以下讨论集中于层内断裂。
层内断裂表征涉及产生两种不同类型的断裂性质(即，纤维断裂性质和基体断裂性质)的测试。纤维断裂通常通过明显垂直于纤维方向进行以破坏纤维的裂纹来表征并且被认为是导致复合材料最终失效的直接原因。在另一方面，基体断裂通过明显平行于纤维通过层厚度进行的裂纹来表征并且引发复合材料失效过程。两种断裂性质是基础材料性质并且对于复合材料失效分析至关重要。
使用基于能量演化方法预测复合材料层压体面板中的层内失效的分析需要应变能量释放速率值输入的层水平。该应变能量释放速率值为从某些类型的材料测试中提取的材料强度/能量数据的一部分。大部分当今材料数据测试都根据国家/工业测试标准进行。然而，对于复合材料的这种类型的测试不存在测试标准。在该领域中进行的许多研究认同，初始为金属材料试样创建的紧凑拉伸测试可用于使用不同测试数据简化方法，对复合材料提取应变能量释放速率。然而这些数据简化方法既不可靠(显著离散结果)、不兼容也不适用。当前的合规性数据简化方法(compliance data reduction method)具有两个主要问题：1)它借助多个重复测试数据单独地拟合(fit)合规性曲线(compliance curve)并且继承测试数据波动问题(这增大所简化的结果的波动)；2)它拟合合规性曲线，但由公式计算的结果包括合规性的导数(derivative)。取合规性的导数引起显著的误差。需要更好的技术来解决数据离散问题。
发明内容
本文所公开的本技术的一个实施方式包括用于分析层内测试数据的方法，该方法包括：对于多个裂纹长度(crack length)和限定的负荷及位移使用有限元方法(finiteelement method)在计算机处对测试试样建模，所述计算机具有处理器和存储器并且其中测试试样的所述建模通过处理器执行并且基于存储在存储器中且代表具有已知结构特征的已知复合材料的已知构造的参数数据；以及通过对于多个裂纹长度中的每个计算测试试样的初始断裂能量，产生负荷对位移的建模的合规性曲线。方法可包括对于多个裂纹长度中的每个计算建模的合规性曲线的导数和形成拟合合规性的导数曲线的主曲线及采集裂纹长度测试数据以及绘制合规性对裂纹长度测试数据。方法包括使用拟合导数曲线的主曲线简化测试数据。
本文所公开的本技术的一个实施方式包括用于分析层内测试数据的系统，该系统包括计算机系统，该计算机系统包括电子存储器和处理器，该处理器被配置为访问并处理存储在电子存储器中的有限元建模算法。当处理算法时，处理器被配置为针对多个裂纹长度和限定的负荷及位移，基于已知构造和已知特征产生由已知复合材料构成的测试试样的有限元模型。处理器被配置为访问并处理合规性曲线算法，该合规性曲线算法被配置为通过对于多个裂纹长度中的每个和限定的负荷及位移计算测试试样的初始断裂能量产生负荷对位移的建模的合规性曲线。处理器还被配置为访问并处理导数算法，该导数算法被配置为针对多个裂纹长度中的每个计算建模的合规性曲线的导数并形成拟合合规性的导数曲线的主曲线。处理器可被配置为控制计算系统以在计算系统处接收裂纹长度测试数据并绘制合规性对裂纹长度测试数据并且使用拟合导数曲线的主曲线简化测试数据。
所公开和要求保护的本技术包括用于涉及FEM分析得到的主拟合公式的新型测试数据简化程序的方法和系统，该公式直接拟合合规性的导数以解决测试结果离散问题。本技术解决引起测试结果离散问题的测试数据简化方法。该方法利用来自一系列FEM模型的结果形成合规性曲线的主导数。独特的主曲线的使用解决由单独拟合合规性曲线造成的测试数据波动问题。分析得到的合规性曲线的导数消除取合规性的导数的需要并且因此不再存在导数计算误差。通过将现有解决方案和本文所公开且要求保护的本技术应用于相同组的原始测试数据，发现，使用所公开的技术简化的重复的测试结果比来自现有方法的那些测试结果彼此紧密得多。使用所公开且要求保护的本技术计算的测试结果的标准偏差降低至使用现有方法计算的值的四分之一。该测试数据简化方法产生在复合材料渐进式失效分析中为重要的输入的可靠的测试结果。复合材料渐进式失效预测的成功将减少显著数量的昂贵的元件/子部件/部件水平测试。因此这意味着成本节约。
所公开的技术对于低速度负荷和低冲击弯曲负荷以及在广泛的负荷承载结构上使用的复合材料，诸如飞机的蒙皮非常有效。借助试样测试，它们使用可应用于任何结构和任何种类的负荷的拉伸类型负荷。所公开的技术提供用于获得断裂成像的装置，原始数据并不给你断裂成像。原始数据给出负荷和裂纹长度及负荷位移。由这三项，你想要得到断裂成像。
已讨论的特征、功能和优点可在各种实施方式中单独地实现或可与其它实施方式相组合，可参考以下描述和附图看出其它实施方式的另外的细节。
所公开的本技术的这些和其它有利特征将部分地显而易见并且部分地在下文中指出。
附图说明
参考附图以更好地理解所公开的本技术，在附图中：
图1为系统框图；
图2为过程的流程图；
图3为带有负荷销的3D有限元模型的图示；
图4为在裂纹顶端处的3D有限元模型的图示；
图5为典型的负荷对位移测试曲线的图示；
图6为一组紧凑拉伸(CT)测试曲线的图示；
图7为曲线拟合的有限元模型的图示；
图8为平面内断裂韧度的图示；
图9A为使用常规数据简化方法的标准偏差的图示；以及
图9B为使用本文所公开且要求保护的技术的标准偏差的图示；
虽然所公开的本技术易受各种修改和替代形式的影响，但本技术的特定的实施方式通过附图中的示例的方式示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解的是，本文中呈现的附图和详细描述并非旨在将本公开限制于所公开的特定实施方式，而与此相反，旨在覆盖落入所公开且由所附权利要求限定的本技术的范围内的所有修改、等同形式和替代方案。
具体实施方式
根据所公开的本技术的一个或多个实施方式，在图1至图9B中示出了各种图示，并且对于绘制的所有的各种视图和附图，类似的参考标号用于在全文中一致地表示本技术的类似和对应的部件。另外，请注意的是，对于本技术给定的项或部件，参考标号的第一数位应对应于第一次识别出该项或部件的图编号。
所公开的本技术的一个实施方式包括用于分析层内测试数据的方法和系统，这教导了用于复合材料的层内应变消除测试数据的数据简化的新颖方法和系统。使用基于能量演化方法预测复合材料层压体面板中的层内失效的分析需要应变能量释放速率值输入的层水平。该应变能量释放速率值为从某些类型的材料测试中提取的材料强度/能量数据的一部分。大部分当今材料数据测试都根据国家/工业测试标准进行。然而，对于复合材料的这种类型的测试不存在测试标准。在该领域中进行的许多研究认同，初始为金属材料试样创建的紧凑拉伸测试可用于使用不同测试数据简化方法，对复合材料提取应变能量释放速率。我们发现这些数据简化方法既不可靠(显著离散结果)、不兼容也不适用。
传统上使用的当前合规性数据简化方法具有两个主要问题：1)当前合规性数据简化方法借助多个重复测试数据单独地拟合合规性曲线并且固有地，出现测试数据波动问题(这增大所简化的结果的波动)；2)传统数据简化方法拟合合规性曲线，但由公式计算的结果包括合规性的导数，然而取合规性的导数引起显著误差。
本文中所公开且要求保护的本技术解决引起测试结果离散问题的测试数据简化方法。本文所公开且要求保护的本技术提供涉及FEM分析得到的主拟合公式的新型测试数据简化程序，该公式直接拟合合规性的导数以解决测试结果离散问题。本文中所公开且要求保护的方法利用来自一系列FEM模型的结果形成合规性曲线的主导数。使用独特的主曲线解决了由单独拟合合规性曲线造成的测试数据波动问题。分析得到的合规性曲线的导数消除取合规性的导数的需要并且因此不再存在导数计算误差。通过将现有解决方案和本文所公开的解决方案应用于相同组的原始测试数据，发现，当使用本文所公开且要求保护的本技术时，重复的测试结果指示标准偏差的显著减小。数据集合比由现有方法获得的数据集合紧密得多。使用所公开的方法计算的测试结果的标准偏差降低至使用现有方法计算的值的四分之一。
所公开的本技术的细节和各种实施方式可通参考附图的图片而更好地理解。参考图1，示出系统框图。用于分析层内测试数据的系统的一个实施例包括计算机系统100，该计算机系统包括电子存储器102和处理器104，该处理器被配置为访问并处理存储在电子存储器102中的有限元建模算法106并且被配置为针对多个裂纹长度和限定的负荷及位移，基于已知构造和已知特征产生由已知复合材料构成的测试试样的有限元模型(参见图3和图4中的图示)。处理器104可被配置为访问并处理合规性曲线算法108，该合规性曲线算法被配置为通过针对多个裂纹长度(a)中的每个和限定的负荷(N)及位移(mm)计算测试试样的初始断裂能量来产生负荷对位移的建模合规性曲线(在图5中示出的示例)。处理器可被配置为访问并处理导数算法110，该导数算法被配置为针对多个裂纹长度中的每一个计算建模合规性曲线的导数(在图7中示出的示例)并形成拟合合规性的导数曲线的主曲线。处理器104可被配置为控制计算系统以在计算系统处接收来自从测试夹具(test fixture)114捕获的试样测试数据112的裂纹长度测试数据并绘制合规性对裂纹长度测试数据并且使用拟合导数曲线的主曲线简化测试数据。应当注意的是，建模的测试试样代表待分析的物理结构的几何结构和材料。例如，可分析飞机机身或机翼上的蒙皮(skin)。系统可对所关注的蒙皮的一部分建模。考虑的负荷例如可以是拉伸负荷(tensile load)。试样测试夹具可耦接至用于捕获并处理试样测试数据的测试夹具计算机和传感器115。
所公开的本技术的一个实施方式包括用于分析层内测试数据的系统，该系统包括处理器，该处理器被配置为在模式I负荷条件下从简化的断裂能量数据和层内断裂表征获得。建模的测试试样可以是交叉层片构型或单向构型中的一种。处理器104可被配置为用于外推简化的测试数据用于渐进式失效分析。图形处理器116可被配置为用于产生用于断裂能量的图形表示的数据，通过图形用户界面118为显示器120配置和格式化该数据。
参考图2，示出用于紧凑拉伸测试数据简化的方法的流程图。对于每个紧凑拉伸测试配置200(参见图6中的代表性数据)，方法的一个实施方式可包括针对多个裂纹长度和限定的负荷及位移，使用有限元方法204在计算机处对测试试样建模202(参见示出3D有限元模型的图3和负荷对位移曲线的图5)，其中计算机可包括处理器和存储器并且其中测试试样的所述建模通过处理器执行并且基于存储在存储器中且代表具有已知结构特征的已知复合材料的已知构造的参数数据。
方法的一个实施方式可包括通过针对多个裂纹长度中的每一个利用处理器计算测试试样的初始断裂能量，来产生负荷对位移的建模合规性曲线206(参见有限元模型的图示的图4)。该方法还可包括针对多个裂纹长度中的每一个利用处理器计算建模合规性曲线的导数208并且通过使用来自有限元模型的数据210形成拟合合规性的导数曲线的主曲线210以及曲线拟合212(参见作为代表性曲线的图7)。一旦对于试样模型确定主曲线，建模的测试数据和所得的主曲线就可应用实际测试数据用于数据简化。当然应当注意的是，主曲线的具体公式将基于材料的类型、几何结构和被建模的试样的铺叠而改变。可采集裂纹长度测试数据214并且可执行绘制合规性对裂纹长度测试数据214。可通过使用拟合导数曲线的主曲线通过应用于测试数据而简化测试数据216。可在模式I负荷条件下，从简化的测试数据和层内断裂表征获得断裂能量测试数据218。
建模的测试试样可代表物理结构的几何结构和材料。负荷可为例如拉伸负荷。建模的测试试样可为例如交叉层片构型(参见作为代表性数据的图示的图6)或矩阵构型(matrix configuration)中的一种。简化的测试数据可外推用于渐进式失效分析(progressive failure analysis)。方法的一个实施方式可包括产生用于断裂能量的图形表示的数据，通过图形用户界面为显示器配置和格式化该数据。
参考图3，示出带有负荷销的3D有限元模型的图示。这种有限元模型的图示可显示给用户。参考图4，示出在裂纹顶端处的3D有限元模型的图示，该图示也可显示给本技术的用户。利用有限元模型通过建模具有各种裂纹尺寸的测试试样，形成测试配置的主拟合曲线。可计算每个具有不同裂纹尺寸的模型的模式应变能量释放速率(mode strain energyrelease rate)。可获得模仿测试曲线的负荷曲线。参见用于代表性图示的图5。
参考图5，示出负荷对位移合规性曲线的图示，这可使用试样的有限元模型产生。类似地，参考图6，示出一组紧凑拉伸(Compact Tension)(CT)测试曲线的图示。拟合合规性的导数的主曲线可借助每个模型使用FEM计算的应变能量释放速率和计算应变能力释放速率的负荷，直接由合规性的各个导数形成。(参见图2的项208)。方法不必为对应的模型选取每个失效负荷，因为GI(模式I应变能量释放速率)和P2(负荷的平方)之间的关系是线性的(参见图2的项208)。因此，主测试数据简化公式可应用于重复的测试数据(参见图2的项216)。参考图7，示出了曲线拟合的有限元模型的图示。
参考图8，示出了平面内断裂韧度的图示，其中曲线拟合已应用于数据用于数据简化。参考图9A，示出了使用常规数据简化方法的标准偏差的图示。参考图9B，使用本文所公开且要求保护的本技术的标准偏差的图示。从该代表性数据清楚的是，标准偏差显著地降低，从而解决了数据离散问题。分析得到的主公式不受测试数据波动影响并且通过确定合规性的导数直接消除导数误差。
以上所示出的各种实施方式和示例示出了用于分析复合材料层内测试数据的方法和系统。本方法和系统的用户可根据期望的应用选择以上实施方式或其等同形式中的任一种。就这一点而言，已经认识到在不背离本技术和所公开的各种实施方式的范围的情况下，可利用主题方法和系统的各种形式。
本文中描述某些系统、设备、应用或方法为包括多个模块或算法。模块或算法可为可存在于软件中、实施在硬件中或它们的组合的不同功能性的一个单元。当模块或算法的功能性通过软件在任何部件中执行时，模块包括计算机可读介质。模块可被认为是通信耦接的。本发明的主题可在多种不同实施方式中表示，不同实施方式中存在许多可能的变形。
本文中所述的方法不必按所描述的顺序或按任何特定顺序执行。此外，相对于本文所识别的方法描述的各种活动可以串行或并行方式执行。在前述实施方式中可看出的是，为了使本公开简单化，各种特征集中在单个实施例中。本公开的方法不应被解释为反映所要求保护的实施例需要比在每项权利要求中明确叙述的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求反映，本发明的主题可存在于比单个公开的实施例的全部特征更少的特征。因此，以下权利要求由此并入实施方式中，其中每个权利要求自身为单独的实施例。
在一个示例实施方式中，机器可作为独立设备操作或可连接(例如联网)至其它机器。在联网的部署中，机器可作为服务器-客户端网络环境中的服务器或客户端机器，或者对等式(或分布式)网络环境中的对端机器进行操作。机器可为服务器计算机、客户端计算机、个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、web器具、网络路由器、交换机或网桥，或者能够执行指定该机器或计算设备采取的动作的一组指令(顺序或其他方式)的任何机器。此外，尽管仅示出单个机器，但术语“机器”也应包括单独或共同地执行一组(或多组)指令以执行本文所讨论的方法论中的任何一个或多个的机器的任何集合。
示例计算机系统和客户端计算机可包括处理器(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)或两者)、主存储器和和静态存储器，它们经由总线相互通信。计算机系统可进一步包括视频/图形显示单元(例如，液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))。计算机系统和客户端计算机设备还可包括字母数字输入设备(例如，键盘)、光标控制设备(例如，鼠标)、驱动单元、信号生成设备(例如，扬声器)和网络接口设备。
驱动单元包括计算机可读介质，实施本文所述的方法论或系统中的任何一个或多个的一组或多组指令(例如，软件)可存储在该计算机可读介质上。在通过计算机系统执行期间，软件还可完全或至少部分地驻留在主存储器内和/或在处理器内，主存储器和处理器可构成计算机可读介质。软件可进一步经由网络接口设备在网络上发送或接收。
术语“计算机可读介质”应包括存储一组或多组指令的单个介质或多个介质(例如，中央式或分布式数据库和/或相关联的高速缓存以及服务器)。术语“计算机可读介质”还应包括能够存储或解码用于通过机器执行的一组指令并且使机器执行本实施的方法论中的任何一个或多个的任何介质。术语“计算机可读介质”因此应包括但不限于固态存储器和光学介质以及磁介质。
此外，本公开包括根据以下条款的实施例：
条款1.一种用于分析层内测试数据的系统，包括：
计算机系统，包括电子存储器和处理器，所述处理器被配置为访问并处理存储在所述电子存储器中的有限元建模算法并且被配置为针对多个裂纹长度和限定的负荷及位移，基于已知构造和已知特征产生由已知复合材料构成的测试试样的有限元模型；
所述处理器被配置为访问并处理合规性曲线算法(108)，所述合规性曲线算法被配置为通过针对所述多个裂纹长度中的每一个和限定的负荷及位移计算所述测试试样的初始断裂能量来产生负荷对位移的建模合规性曲线；
所述处理器被配置为访问并处理导数算法，所述导数算法被配置为针对所述多个裂纹长度中的每一个计算所述建模合规性曲线的导数并且形成拟合合规性导数曲线的主曲线；
所述处理器被配置为控制计算系统以在所述计算系统处接收裂纹长度测试数据并且绘制合规性对裂纹长度测试数据的导数的曲线并且使用拟合导数曲线的所述主曲线简化所述测试数据。
条款2.根据条款1所述的用于分析层内测试数据的系统，包括：
所述处理器被配置为在模式I负荷条件下从简化的所述测试数据与层内断裂表征获得断裂能量。
条款3.根据条款1或2所述的用于分析层内测试数据的系统，其中，建模的所述测试试样代表物理结构的几何结构和材料。
条款4.根据条款1、2或3所述的用于分析层内测试数据的系统，其中，负荷为拉伸负荷。
条款5.根据条款1至4中任一项所述的用于分析层内测试数据的系统，其中，建模的所述测试试样为交叉层片构型或单向构型中的一种。
条款6.根据条款1至5中任一项所述的用于分析层内测试数据的系统，包括：
所述处理器被配置用于外推简化的所述测试数据用于渐进式失效分析。
条款7.根据条款1至6中任一项所述的用于分析层内测试数据的系统，包括：
图形处理器，被配置为用于产生用于所述断裂能量的图形表示的数据，通过图形用户界面为显示器配置和格式化该数据。
条款8.一种用于分析层内测试数据的方法，包括：
针对多个裂纹长度和限定的负荷及位移使用有限元方法在计算机处对测试试样建模，所述计算机具有处理器和存储器，并且其中，对所述测试试样的所述建模通过所述处理器执行并且基于存储在所述存储器中且代表具有已知结构特征的已知复合材料的已知构造的参数数据；
通过针对所述多个裂纹长度中的每一个利用所述处理器计算所述测试试样的初始断裂能量创建负荷对位移的建模合规性曲线；
针对所述多个裂纹长度中的每一个利用所述处理器计算所述建模合规性曲线的导数并且形成拟合合规性的导数曲线的主曲线；
采集裂纹长度测试数据并且绘制合规性对裂纹长度测试数据的曲线；并且
使用拟合导数曲线的所述主曲线简化所述测试数据。
条款9.根据条款8所述的用于分析层内测试数据的方法，包括：
在模式I负荷条件下从简化的所述测试数据和层内断裂表征获得断裂能量。
条款10.根据条款9所述的用于分析层内测试数据的方法，其中，建模的所述测试试样代表物理结构的几何结构和材料。
条款11.根据条款8、9或10所述的用于分析层内测试数据的方法，其中，所述负荷为拉伸负荷。
条款12.根据条款8至11中任一项所述的用于分析层内测试数据的方法，其中，建模的所述测试试样为交叉层片构型或单向构型中的一种。
条款13.根据条款8至12中任一项所述的用于分析层内测试数据的方法，包括：
外推简化的所述测试数据用于渐进式失效分析。
条款14.根据条款8至13中任一项所述的用于分析层内测试数据的方法，包括：
产生用于所述断裂能量的图形表示的数据，通过图形用户界面为显示器配置和格式化该数据。
条款15.一种用于与包括处理器的计算机系统结合使用的非瞬时性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储包括指令的一个或多个程序，所述程序被配置为用于由所述计算机系统的所述处理器访问和处理以使所述计算机系统执行包括以下各项的操作：
针对多个裂纹长度和限定的负荷及位移，基于已知构造和已知特征利用有限元方法对由已知复合材料构成的测试试样建模；
通过针对所述多个裂纹长度中的每一个计算所述测试试样的初始断裂能量来产生负荷对位移的建模合规性曲线；
针对所述多个裂纹长度中的每一个计算所述建模合规性曲线的导数并形成拟合合规性的导数曲线的主曲线；
采集裂纹长度测试数据并且绘制合规性对裂纹长度测试数据的曲线；并且
使用拟合导数曲线的所述主曲线简化所述测试数据。
条款16.根据条款15所述的用于分析层内测试数据的非瞬时性计算机可读存储介质，包括：
在模式I负荷条件下从简化的所述测试数据和层内断裂表征获得断裂能量。
条款17.根据条款15或16所述的用于分析层内测试数据的非瞬时性计算机可读存储介质，其中，建模的所述测试试样代表物理结构的几何结构和材料。
条款18.根据条款15、16或17所述的用于分析层内测试数据的非瞬时性计算机可读存储介质，其中，建模的所述测试试样为交叉层片构型或单向构型中的一种。
条款19.根据条款15至18中任一项所述的用于分析层内测试数据的非瞬时性计算机可读存储介质，包括：
外推简化的测试数据用于渐进式失效分析。
条款20.根据条款15至19中任一项所述的用于分析层内测试数据的非瞬时性计算机可读存储介质，包括：
产生用于所述断裂能量的图形表示的数据，通过图形用户界面为显示器配置和格式化该数据。
如从前述描述显而易见，所公开的本技术的某些方面不受本文示出的示例的具体细节限制，并且因此预期本领域技术人员将想到其它修改和应用或其等同形式。因此希望的是权利要求应覆盖不背离所公开且要求保护的本技术的范围的所有此类修改和应用。
可通过研习附图、所公开内容和所附权利要求获得所公开的本技术的其它方面、目标和优点。

Claims (20)

1.一种用于分析层内测试数据的系统，包括：
测试夹具计算机系统，包括用于保持测试试样的测试夹具和通信地耦合到传感器的测试夹具计算机，所述传感器被配置为获得所述测试夹具中的测试试样针对多个裂纹长度和限定的负荷及位移的测试数据；
第二计算机系统(100)，包括电子存储器(102)和处理器(104)，所述处理器被配置为访问并处理存储在所述电子存储器(102)中的有限元建模算法并且被配置为针对所述多个裂纹长度和限定的负荷及位移，基于已知构造和已知特征产生由已知复合材料构成的所述测试试样的有限元模型(210)，所述第二计算机系统通信地耦合到所述测试夹具计算机系统；
所述处理器(104)被配置为访问并处理合规性曲线算法(108)，所述合规性曲线算法被配置为通过针对所述多个裂纹长度中的每一个和限定的负荷及位移计算所述测试试样的初始断裂能量来产生负荷对位移的建模合规性曲线；
所述处理器(104)被配置为访问并处理导数算法，所述导数算法被配置为针对所述多个裂纹长度中的每一个计算所述建模合规性曲线的导数并且形成拟合合规性导数曲线的主曲线；
所述处理器(104)被配置为控制所述第二计算机系统以在所述第二计算机系统处接收裂纹长度测试数据并且绘制合规性对裂纹长度测试数据的导数的曲线并且使用拟合导数曲线的所述主曲线简化所述测试数据。
2.根据权利要求1所述的用于分析层内测试数据的系统，包括：
所述处理器(104)被配置为在模式I负荷条件下从简化的所述测试数据与层内断裂表征获得断裂能量。
3.根据权利要求2所述的用于分析层内测试数据的系统，其中，建模的所述测试试样代表物理结构的几何结构和材料。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于分析层内测试数据的系统，其中，所述负荷为拉伸负荷。
5.根据权利要求1、2或3中任一项所述的用于分析层内测试数据的系统，其中，建模的所述测试试样为交叉层片构型或单向构型中的一种。
6.根据权利要求1、2或3中任一项所述的用于分析层内测试数据的系统，包括：
所述处理器(104)被配置用于外推简化的所述测试数据用于渐进式失效分析。
7.根据权利要求1、2或3中任一项所述的用于分析层内测试数据的系统，包括：
图形处理器(116)，被配置为用于产生用于所述断裂能量的图形表示的数据，通过图形用户界面为显示器配置和格式化该数据。
8.一种用于分析层内测试数据的方法，包括：
使用测试夹具和通信地耦合到第一计算机的传感器获得测试试样针对多个裂纹长度和限定的负荷及位移的测试数据；
针对所述多个裂纹长度和限定的负荷及位移使用有限元方法在第二计算机处对所述测试试样建模，所述第二计算机具有处理器(104)和存储器，并且其中，对所述测试试样的所述建模通过所述处理器(104)执行并且基于存储在所述存储器中且代表具有已知结构特征的已知复合材料的已知构造的参数数据；
通过针对所述多个裂纹长度中的每一个利用所述处理器(104)计算所述测试试样的初始断裂能量创建负荷对位移的建模合规性曲线；
针对所述多个裂纹长度中的每一个利用所述处理器(104)计算所述建模合规性曲线的导数并且形成拟合合规性的导数曲线的主曲线；
采集裂纹长度测试数据并且绘制合规性对裂纹长度测试数据的曲线；并且
使用拟合导数曲线的所述主曲线简化所述测试数据。
9.根据权利要求8所述的用于分析层内测试数据的方法，包括：
在模式I负荷条件下从简化的所述测试数据和层内断裂表征获得断裂能量。
10.根据权利要求8或9所述的用于分析层内测试数据的方法，其中，建模的所述测试试样代表物理结构的几何结构和材料。
11.根据权利要求8或9所述的用于分析层内测试数据的方法，其中，所述负荷为拉伸负荷。
12.根据权利要求8或9中任一项所述的用于分析层内测试数据的方法，其中，建模的所述测试试样为交叉层片构型或单向构型中的一种。
13.根据权利要求8或9中任一项所述的用于分析层内测试数据的方法，包括：
外推简化的所述测试数据用于渐进式失效分析。
14.根据权利要求8或9中任一项所述的用于分析层内测试数据的方法，包括：
产生用于所述断裂能量的图形表示的数据，通过图形用户界面为显示器配置和格式化该数据。
15.一种用于与测试夹具计算机系统和第二计算机系统结合使用的非瞬时性计算机可读存储介质，所述测试夹具计算机系统包括用于保持测试试样的测试夹具和通信地耦合到传感器的测试夹具计算机，所述传感器被配置为获得所述测试夹具中的测试试样针对多个裂纹长度和限定的负荷及位移的测试数据，所述第二计算机系统包括处理器(104)，所述非瞬时性计算机可读存储介质存储包括指令的一个或多个程序，所述程序被配置为用于由所述测试夹具计算机系统和所述第二计算机系统的所述处理器(104)访问和处理以使所述测试夹具计算机系统和所述第二计算机系统执行包括以下各项的操作：
使用所述测试夹具和所述传感器获得测试试样针对多个裂纹长度和限定的负荷及位移的测试数据；
针对所述多个裂纹长度和限定的负荷及位移，基于已知构造和已知特征利用有限元方法对由已知复合材料构成的所述测试试样建模；
通过针对所述多个裂纹长度中的每一个计算所述测试试样的初始断裂能量来产生负荷对位移的建模合规性曲线；
针对所述多个裂纹长度中的每一个计算所述建模合规性曲线的导数并形成拟合合规性的导数曲线的主曲线；
采集裂纹长度测试数据并且绘制合规性对裂纹长度测试数据的曲线；并且
使用拟合导数曲线的所述主曲线简化所述测试数据。
16.根据权利要求15所述的非瞬时性计算机可读存储介质，包括：
在模式I负荷条件下从简化的所述测试数据和层内断裂表征获得断裂能量。
17.根据权利要求15或16所述的非瞬时性计算机可读存储介质，其中，建模的所述测试试样代表物理结构的几何结构和材料。
18.根据权利要求15或16所述的非瞬时性计算机可读存储介质，其中，建模的所述测试试样为交叉层片构型或单向构型中的一种。
19.根据权利要求15或16所述的非瞬时性计算机可读存储介质，包括：
外推简化的所述测试数据用于渐进式失效分析。
20.根据权利要求19所述的非瞬时性计算机可读存储介质，包括：
产生用于所述断裂能量的图形表示的数据，通过图形用户界面为显示器配置和格式化该数据。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107563036B (zh) * 2017-08-25 2020-08-11 北京汽车集团有限公司 复合材料失效模式信息输出方法及装置
US11047780B2 (en) 2018-03-26 2021-06-29 Rolls-Royce High Temperature Composites, Inc. Noise reduction for strain-controlled testing
US11966671B2 (en) 2018-12-03 2024-04-23 The Boeing Company Method for determining noodle and interface residual stresses and properties under hygrothermal-mechanical loadings
CN109759737B (zh) * 2019-01-29 2022-04-15 中国电力科学研究院有限公司 含气孔缺陷的gil铝合金焊接管道安全评定方法
CN113390721B (zh) * 2021-08-18 2021-11-19 中国石油大学胜利学院 一种张扭断裂构造活动性定量评价方法及其物理模拟装置
CN113654895B (zh) * 2021-09-09 2022-05-17 哈尔滨工业大学 获取三维机织复合材料纤维束内的i型断裂韧性的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101608986A (zh) * 2009-07-06 2009-12-23 西南交通大学 一种双向微动试验夹具及其双向微动试验方法
CN101738421A (zh) * 2008-11-12 2010-06-16 中国铝业股份有限公司 一种检测电解槽阴极碳块组装质量的方法及测试夹具

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85103565A (zh) * 1985-05-11 1986-11-05 西屋电气公司 相关参数的彩色显示
JPH0670604B2 (ja) * 1990-03-16 1994-09-07 真 菊川 脆性材料の破壊力学的疲労試験方法および装置
CN1073652C (zh) * 1998-09-28 2001-10-24 王家君 大坝变形、开裂自动监测预警系统
CN101561379B (zh) * 2009-05-13 2011-06-29 清华大学 一种用于结构损伤检测的敲击扫描方法
CN102564856B (zh) * 2012-01-09 2013-08-28 西安交通大学 基于数字图像相关的塑性多缺陷材料m积分测量方法
JP6119218B2 (ja) * 2012-12-05 2017-04-26 株式会社リコー 画像形成装置、プログラム、画像形成システム
CN103257081B (zh) * 2013-04-28 2015-09-02 北京大学 一种油气藏岩体力学地下原位模型恢复的方法及装置
CN103592369B (zh) * 2013-11-14 2016-01-06 西安交通大学 一种航空发动机盘类零件在位裂纹检测方法
CN103605865B (zh) * 2013-11-28 2016-08-17 北京航空航天大学 一种基于内聚力模型的复合材料多向铺层板分层扩展行为模拟方法
CN103674741B (zh) * 2013-12-11 2016-08-31 北京航空航天大学 一种裂纹扩展速率测试方法
CN103698188B (zh) * 2014-01-11 2016-04-13 西安科技大学 慢应变速率拉伸应力腐蚀裂纹扩展速率测量方法
CN104155194B (zh) * 2014-07-22 2016-05-18 武汉钢铁(集团)公司 基于应变速率变化的flc测试方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101738421A (zh) * 2008-11-12 2010-06-16 中国铝业股份有限公司 一种检测电解槽阴极碳块组装质量的方法及测试夹具
CN101608986A (zh) * 2009-07-06 2009-12-23 西南交通大学 一种双向微动试验夹具及其双向微动试验方法

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