CN117433990B - 一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法、系统及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法、系统及设备,涉及层间剪切强度确定技术领域。方法包括:基于压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据,构建复合材料层合板试样的力‑位移曲线;基于层面应变云图确定主导应变;读取任一位移对应的层面应变云图中的任一缺陷为当前缺陷,确定压头移动基准位移时复合材料层合板试样整体所受的实验力为应变临界值;确定应变临界值与主导应变下的剪切模量的乘积为待测相邻单层间的剪切强度。本发明通过力‑位移曲线和层面应变云图,能够提高复合材料层合板层间剪切强度测量的精度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及层间剪切强度确定技术领域,特别是涉及一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法、系统及设备。
背景技术
纤维增强复合材料层合板凭借出色的比强度和比刚度以及可设计型强,被广泛应用在航空航天、汽车和船舶等领域。热压罐成型工艺是目前应用最广泛的复合材料成型技术,其将单层复合材料置于热压罐中,在真空的状态下通过升温、保温、降温和泄压的手段将其堆叠起来形成层合板,其通过铺层设计往往具有优异的层内性能。然而,层压复合材料层间性能较差,层间易分层,在实际应用中表现为抵抗外物冲击能力弱,因此层间强度是生产与应用中极其重要的性能测试内容。目前普遍常见的纤维增强复合材料层合板层间性能测试主要参考美国材料实验协会制订的实验标准(例如ASTM D5528和D6671),其要求试样在制备成型过程中提前埋置预制裂纹,而对于成型后的纤维增强复合材料层合板无法通过再尺寸加工等方法满足实验条件的要求,其次实验还需要实时得到载荷、位移以及裂纹扩展长度等参数,人为因素影响较大。同时,这两种测试标准以及部分对其进行改进的方法主要是侧重于层间断裂韧性的测量,同时测量方法或测量装置较为复杂。目前在学界和工业界中,还没有一种能够准确并快捷的测量纤维增强复合材料层合板层间剪切强度的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法、系统及设备,能够提高复合材料层合板层间剪切强度测量的精度和效率。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法,所述方法应用于一种复合材料层合板层间剪切强度确定装置,所述装置包括:
万能电子实验机、数字图像相关法(Digital Image Correlation, 缩写DIC)测量装置、短梁剪切夹持装置和控制模块;
所述控制模块分别与所述短梁剪切夹持装置、所述万能电子实验机和DIC测量装置链接;
所述短梁剪切夹持装置设置于所述万能电子实验机的试验台上;所述短梁剪切夹持装置用于夹持复合材料层合板试样;所述复合材料层合板试样的侧表面设置有多个散斑;
所述万能电子实验机用于控制压头向复合材料层合板试样的方向移动对复合材料层合板试样施加压力,获取压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据;所述应变数据包括复合材料层合板试样整体所受实验力、复合材料层合板试样中各个点的面外剪应变和复合材料层合板试样中各个点的面外正应变;
所述DIC测量装置用于基于复合材料层合板试样的侧面图像确定压头移动不同位移时对应复合材料层合板试样的层面应变云图;
所述方法包括:
获取层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据;
基于压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据,构建复合材料层合板试样的力-位移曲线;
基于层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据确定主导应变;所述主导应变为面外剪应变或面外正应变;
读取任一位移对应的层面应变云图中的任一缺陷为当前缺陷;
确定与当前缺陷相邻的两个单层为待测相邻单层;
基于当前缺陷,构建待测相邻单层的主导应变势差-位移曲线;
确定所述主导应变势差-位移曲线中的斜率突变点对应的位移为基准位移;
基于力-位移曲线,确定压头移动基准位移时复合材料层合板试样整体所受的实验力为应变临界值;
获取主导应变下的剪切模量;
确定应变临界值与主导应变下的剪切模量的乘积为待测相邻单层间的剪切强度。
可选的,所述基于层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据确定主导应变,包括:
令迭代次数i=1;
令面外剪应变对应的累积量m=0;
令面外正应变对应的累积量n=0;
确定为当前位移任一位移为当前位移;
读取当前位移对应层面应变云图的缺陷为基准缺陷检测结果;
基于当前位移时复合材料层合板试样中各个点的面外剪应变,构建面外剪应变云图;
读取当前位移对应面外剪应变云图的缺陷为第一检测结果;
确定第一检测结果与基准缺陷检测结果的重合率为第一重合率;
基于当前位移时复合材料层合板试样中各个点的面外正应变,构建面外正应变云图;
读取当前位移对应面外正应变云图的缺陷为第二检测结果;
确定第二检测结果与基准缺陷检测结果的重合率为第二重合率;
在第二重合率等于第一重合率时,返回步骤“迭代次数i=1”;
在第二重合率大于第一重合率时,令面外正应变对应的累积量n的数值增加1;
在第二重合率小于第一重合率时,令面外剪应变对应的累积量m的数值增加1;
更新当前位移,令迭代次数i的数值增加1,并返回步骤“读取当前位移对应层面应变云图的缺陷为基准缺陷检测结果”直至迭代次数i达到迭代次数阈值;
在面外正应变对应的累积量n大于面外剪应变对应的累积量m时,确定面外正应变为主导应变;
在面外正应变对应的累积量n小于或等于面外剪应变对应的累积量m时,确定面外剪应变为主导应变。
可选的,基于当前缺陷,构建待测相邻单层的主导应变势差-位移曲线,包括:
确定距离当前缺陷中心点正上方预设距离处的点为第一特征点;所述预设距离小于复合材料层合板试样中任一单层的厚度;
确定距离当前缺陷中心点正下方预设距离处的点为第二特征点;
基于时间戳,获取压头移动不同位移时第一特征点的主导应变;
基于时间戳,获取压头移动不同位移时第二特征点的主导应变;
确定任一位为当前位移;
确定压头移动当前位移时第一特征点的主导应变与第二特征点的主导应变的差值,为压头移动当前位移时待测相邻单层的主导应变势差;
以位移为横坐标,以待测相邻单层的主导应变势差为纵坐标,构建待测相邻单层的主导应变势差-位移曲线。
可选的,在确定应变临界值与主导应变下的剪切模量的乘积为待测相邻单层间的剪切强度之后,还包括:
更新所述待测相邻单层,以更新后的待测相邻单层对应的缺陷为当前缺陷,返回步骤“基于当前缺陷,构建待测相邻单层的主导应变势差-位移曲线”,直至遍历所有相邻单层,得到复合材料层合板试样中任一相邻单层间的剪切强度。
一种复合材料层合板层间剪切强度确定系统,包括:
应变数据获取模块,用于获取层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据;
力-位移曲线构建模块,用于基于压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据,构建复合材料层合板试样的力-位移曲线;
主导应变确定模块,用于基于层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据确定主导应变;所述主导应变为面外剪应变或面外正应变;
当前缺陷确定模块,用于读取任一位移对应的层面应变云图中的任一缺陷为当前缺陷;
待测相邻单层确定模块,用于确定与当前缺陷相邻的两个单层为待测相邻单层;
主导应变势差-位移曲线构建模块,用于基于当前缺陷,构建待测相邻单层的主导应变势差-位移曲线;
基准位移确定模块,用于确定所述主导应变势差-位移曲线中的斜率突变点对应的位移为基准位移;
应变临界值确定模块,用于基于力-位移曲线,确定压头移动基准位移时复合材料层合板试样整体所受的实验力为应变临界值;
剪切模量获取模块,用于获取主导应变下的剪切模量;
剪切强度确定模块,用于确定应变临界值与主导应变下的剪切模量的乘积为待测相邻单层间的剪切强度。
一种电子设备,包括存储器及处理器,所述存储器用于存储计算机程序,所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行所述的一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法。
可选的,所述存储器为可读存储介质。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明提供的一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法、系统及设备,使用的复合材料层合板试样不需要制备端设计,仅需要进行满足短梁剪切标准要求的尺寸加工;测量装置均为一般实验室常用设备及其组合,不需要对实验设备进行改进;分析思路简单,实验现象明显,可为工业生产中的层间剪切强度提供量化数据支持,能够提高复合材料层合板层间剪切强度测量的精度和效率,具有应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中复合材料层合板层间剪切强度确定方法流程图;
图2为本发明实施例1中复合材料层合板层间剪切强度确定方法原理图;
图3为本发明实施例1中复合材料层合板层试样侧表面DIC云图;
图4为本发明实施例1中实验力-位移曲线与势差曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法、系统及设备,能够提高复合材料层合板层间剪切强度测量的精度和效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供了一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法,方法应用于一种复合材料层合板层间剪切强度确定装置,装置包括:万能电子实验机、DIC测量装置、短梁剪切夹持装置和控制模块。控制模块分别与短梁剪切夹持装置、万能电子实验机和DIC测量装置链接。短梁剪切夹持装置设置于万能电子实验机的试验台上。短梁剪切夹持装置用于夹持复合材料层合板试样。复合材料层合板试样的侧表面设置有多个散斑。万能电子实验机用于控制压头向复合材料层合板试样的方向移动对复合材料层合板试样施加压力,获取压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据。应变数据包括复合材料层合板试样整体所受实验力、复合材料层合板试样中各个点的面外剪应变和复合材料层合板试样中各个点的面外正应变。DIC测量装置用于基于复合材料层合板试样的侧面图像确定压头移动不同位移时对应复合材料层合板试样的层面应变云图。万能电子实验机的型号为Instron5982。短梁剪切夹持装置符合ASTM D2344标准。复合材料层合板试样是基于ASTM D2344标准制备的。
如图1所示,复合材料层合板层间剪切强度确定方法包括:
步骤101:获取层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据。
步骤102:基于压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据,构建复合材料层合板试样的力-位移曲线。
步骤103:基于层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据确定主导应变。主导应变为面外剪应变或面外正应变。
步骤104:读取任一位移对应的层面应变云图中的任一缺陷为当前缺陷。
步骤105:确定与当前缺陷相邻的两个单层为待测相邻单层。
步骤106:基于当前缺陷,构建待测相邻单层的主导应变势差-位移曲线。
步骤107:确定主导应变势差-位移曲线中的斜率突变点对应的位移为基准位移。
步骤108:基于力-位移曲线,确定压头移动基准位移时复合材料层合板试样整体所受的实验力为应变临界值。
步骤109:获取主导应变下的剪切模量。
步骤1010:确定应变临界值与主导应变下的剪切模量的乘积为待测相邻单层间的剪切强度。
步骤1011:更新待测相邻单层,以更新后的待测相邻单层对应的缺陷为当前缺陷,返回步骤106,直至遍历所有相邻单层,得到复合材料层合板试样中任一相邻单层间的剪切强度。
步骤103,包括:
步骤103-1:令迭代次数i=1。
步骤103-2:令面外剪应变对应的累积量m=0。
步骤103-3:令面外正应变对应的累积量n=0。
步骤103-4:确定为当前位移任一位移为当前位移。
步骤103-5:读取当前位移对应层面应变云图的缺陷为基准缺陷检测结果。
步骤103-6:基于当前位移时复合材料层合板试样中各个点的面外剪应变,构建面外剪应变云图。
步骤103-7:读取当前位移对应面外剪应变云图的缺陷为第一检测结果。
步骤103-8:确定第一检测结果与基准缺陷检测结果的重合率为第一重合率。
步骤103-9:基于当前位移时复合材料层合板试样中各个点的面外正应变,构建面外正应变云图。
步骤103-10:读取当前位移对应面外正应变云图的缺陷为第二检测结果。
步骤103-11:确定第二检测结果与基准缺陷检测结果的重合率为第二重合率。
步骤103-12:在第二重合率等于第一重合率时,返回步骤103-1。
步骤103-13:在第二重合率大于第一重合率时,令面外正应变对应的累积量n的数值增加1。
步骤103-14:在第二重合率小于第一重合率时,令面外剪应变对应的累积量m的数值增加1。
步骤103-15:更新当前位移,令迭代次数i的数值增加1,并返回步骤103-5直至迭代次数i达到迭代次数阈值。
步骤103-16:在面外正应变对应的累积量n大于面外剪应变对应的累积量m时,确定面外正应变为主导应变。
步骤103-17:在面外正应变对应的累积量n小于或等于面外剪应变对应的累积量m时,确定面外剪应变为主导应变。
步骤106,包括:
步骤106-1:确定距离当前缺陷中心点正上方预设距离处的点为第一特征点。预设距离小于复合材料层合板试样中任一单层的厚度。
步骤106-2:确定距离当前缺陷中心点正下方预设距离处的点为第二特征点。
步骤106-3:基于时间戳,获取压头移动不同位移时第一特征点的主导应变。
步骤106-4:基于时间戳,获取压头移动不同位移时第二特征点的主导应变。
步骤106-5:确定任一位为当前位移。
步骤106-6:确定压头移动当前位移时第一特征点的主导应变与第二特征点的主导应变的差值,为压头移动当前位移时待测相邻单层的主导应变势差。
步骤106-7:以位移为横坐标,以待测相邻单层的主导应变势差为纵坐标,构建待测相邻单层的主导应变势差-位移曲线。
具体的,本发明涉及的测试装置及材料包括:Instron 5982万能电子实验机和DIC测量装置,以及满足ASTM D2344标准的短梁剪切夹持装置。制作满足ASTM D2344标准的复合材料层合板试样,并在侧面制作散斑,便于后续DIC测量。DIC试件表面处理的散斑制作过程中应使用白漆作为底漆,喷涂黑漆时避免对准试样,应使黑漆因重力均匀散落到试样表面,与白漆混合比例1:1较为合适。将试样对称置于使用短梁剪切夹持装置的万能电子实验机中,设置实验机采集频率、实验预加载以及加载方案和DIC采集频率等。DIC的拍照频率尽量短确保实验结果精准,但在总实验过程中需要控制照片的总数量不宜过多防止计算资源的浪费。试样对称包括前后以及左右对称,实验方案应满足ASTM 2344实验标准要求。完成压力-位移实验数据及试验件侧面应变数据采集。对特征位置两侧单层板进行剪应变势差分析,结合实验曲线以及面外剪切模量推测层间剪切强度。剪应变势差分析过程主要包括点选两侧单层板特征点、输出剪应变历史变化数据并作差值、判断数据是否有效;特征点的选择应毗邻分层区域特征位置,不宜过近导致曲线丢失,不宜过远导致实验结果不准,一般推荐两侧剪应变分析位置的距离为单层板厚度左右;面外剪切强度可以表示为:面外剪切强度=剪应变势差×面外剪切模量。
下面,结合具体试样对本实施例所述方法进行具体说明,如图2,本发明包括:
第一步,在对满足ASTM D2344标准的复合材料层合板试样侧面使用进行擦拭,酒精自然挥发后在侧面覆盖一层哑光白色底漆,静置待白漆凝固后使用哑光黑漆在试样上方平行喷射使得黑漆自然下落到试样侧表面,与白漆比例约为1:1。
第二步,将试样置于使用短梁剪切夹持装置的万能电子实验机中,散斑面朝向非接触视场变形测量系统镜头,短梁剪切夹持装置压头位置位于支撑位置(以及试样)正中间,设置实验机采集频率为60Hz、设置实验预加载力5-100N(针对不同试样),加载速率1mm/min。
第三步,调整非接触视场变形测量系统相机焦距,保证试样侧面拍摄区域尽可能清晰,使用LED照明系统辅助照明,确保拍摄区域背景无反光现象,调节光圈避免过曝。设置拍照时间间隔2张每秒,与实验机开始实验时同步进行散斑的拍摄。
第四步,将实验机实验数据与散斑照片进行一一对应,主要通过时间戳对准的方式进行,实验机采集频率60Hz,图像采集频率2Hz,因此将实验机数据从第2行开始每隔30行保留1行实现对应。
第五步,使用DIC测量系统软件对散斑照片进行分析处理,首先框选进行分析区域,其次选择计算起始位置,自动化分网格并计算,再次根据计算后的剪应变以及Sigma云图结合实验力-位移曲线下降位置,找到导致曲线下降的分层区域缺陷产生位置。Sigma云图如图3所示。图3中(1-1)部分、(1-2)部分和(1-3)部分为不同压头位移的实验图片;在(1-2)部分和(1-3)部分均发现不同程度的层间分层,位移越大层间分层程度越大,而未发现明显的层内失效,说明实验过程中层间失效主导材料的失效。图3中(2-1)部分、(2-2)部分和(2-3)部分为sigma云图的灰度图,通过观察发现压头移动至位移点1处时,尽管(1-1)部分未见明显裂纹,但在(2-1)部分试样中部靠近压头的位置出现明显缺陷特征,判断此处材料发生层间失效导致曲线载荷的下降;压头移动至位移点2处时,试样上部靠近压头的位置产生缺陷特征,此处发生层间失效导致曲线载荷下降;压头移动至位移点3处时,层间产生更多缺陷,曲线载荷进一步下降。如图3中(3-1)部分、(3-2)部分和(3-3)部分为面外剪应变云图,图3中(4-1)部分、(4-2)部分和(4-3)部分为面外正应变云图,对比可知,压头移动至位移点1后,缺陷有出现面外剪应变和正应变的势差,压头移动至位移点2后,出现剪应变势差而正应变势差不明显,因此认为短梁剪切实验失效模式为面外剪应变主导,面外正应变辅助参与的层间剪切失效。
第六步,在分层区域缺陷两侧长度半个单层板厚度范围(0.15mm)内选择两个点进行剪应变历史变量输出,计算二者之差绘制势差曲线,结合实验力-位移曲线找到势差曲线与实验曲线的突变位置,判断是否该缺陷导致曲线的下降,若是此处的剪应变势差乘以剪切模量即为层间剪切强度。
对压头位移到达位移点1和位移点2处的层间失效区域进行剪应变势差分析,图4为某一实验试样短梁剪切力-位移曲线以及产生的不同缺陷周围的剪应变势差变化曲线,图4的横坐标为位移,纵坐标(左)为力,纵坐标(右)为面外剪应变势差;势差曲线1代表压头到达位移点1处式样中部分层缺陷(图3中(2-1)部分)的剪应变势差变化,势差曲线2则为压头到达位移点2处式样上部分层缺陷(图3中(2-2)部分)的剪应变势差变化。从图4中可以看出随着压头位移增大,不同缺陷周边的剪切应变势差增大,压头移动至位移点1时载荷下降,势差曲线1的斜率发生突变,对应试样中部区域产生分层缺陷,此时势差曲线2也发生明显斜率变化,但根据图3中(2-1)部分,试样上部分层缺陷在此时并不明显,因此该斜率变化可以被归因于试样中部分层缺陷对试样后续整体力学响应包括剪应变势差变化趋势的影响;压头移动至位移点2时载荷再次下降,此时势差曲线2发生斜率的突变,对应试样上部分层缺陷的产生。该试样在不同位置发生的两次分层失效所对应的面外剪应变数值几乎相同,有理由认为该处的剪应变对应层间剪切应变的临界值,大约在0.023左右,乘以试样的面外剪切模量2779MPa后得到层间剪切强度约为128MPa。
实施例2
为了执行上述实施例1对应的方法,以实现相应的功能和技术效果,下面提供了一种复合材料层合板层间剪切强度确定系统,包括:
应变数据获取模块,用于获取层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据。
力-位移曲线构建模块,用于基于压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据,构建复合材料层合板试样的力-位移曲线。
主导应变确定模块,用于基于层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据确定主导应变。主导应变为面外剪应变或面外正应变。
当前缺陷确定模块,用于读取任一位移对应的层面应变云图中的任一缺陷为当前缺陷。
待测相邻单层确定模块,用于确定与当前缺陷相邻的两个单层为待测相邻单层。
主导应变势差-位移曲线构建模块,用于基于当前缺陷,构建待测相邻单层的主导应变势差-位移曲线。
基准位移确定模块,用于确定主导应变势差-位移曲线中的斜率突变点对应的位移为基准位移。
应变临界值确定模块,用于基于力-位移曲线,确定压头移动基准位移时复合材料层合板试样整体所受的实验力为应变临界值。
剪切模量获取模块,用于获取主导应变下的剪切模量。
剪切强度确定模块,用于确定应变临界值与主导应变下的剪切模量的乘积为待测相邻单层间的剪切强度。
实施例3
本实施例提供了一种电子设备,包括存储器及处理器,存储器用于存储计算机程序,处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例1所述的一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法。
其中,存储器为可读存储介质。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法,其特征在于,所述方法应用于一种复合材料层合板层间剪切强度确定装置,所述装置包括:
万能电子实验机、DIC测量装置、短梁剪切夹持装置和控制模块;
所述控制模块分别与所述短梁剪切夹持装置、所述万能电子实验机和DIC测量装置连接;
所述短梁剪切夹持装置设置于所述万能电子实验机的试验台上;所述短梁剪切夹持装置用于夹持复合材料层合板试样;所述复合材料层合板试样的侧表面设置有多个散斑;
所述万能电子实验机用于控制压头向复合材料层合板试样的方向移动对复合材料层合板试样施加压力,获取压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据;所述应变数据包括复合材料层合板试样整体所受实验力、复合材料层合板试样中各个点的面外剪应变和复合材料层合板试样中各个点的面外正应变;
所述DIC测量装置用于基于复合材料层合板试样的侧面图像确定压头移动不同位移时对应复合材料层合板试样的层面应变云图;
所述方法包括:
获取层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据;
基于压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据,构建复合材料层合板试样的力-位移曲线;
基于层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据确定主导应变;所述主导应变为面外剪应变或面外正应变;
读取任一位移对应的层面应变云图中的任一缺陷为当前缺陷;
确定与当前缺陷相邻的两个单层为待测相邻单层;
基于当前缺陷,构建待测相邻单层的主导应变势差-位移曲线;
确定所述主导应变势差-位移曲线中的斜率突变点对应的位移为基准位移;
基于力-位移曲线,确定压头移动基准位移时复合材料层合板试样整体所受的实验力为应变临界值;
获取主导应变下的剪切模量;
确定应变临界值与主导应变下的剪切模量的乘积为待测相邻单层间的剪切强度。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法,其特征在于,所述基于层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据确定主导应变,包括:
令迭代次数i=1;
令面外剪应变对应的累积量m=0;
令面外正应变对应的累积量n=0;
确定为当前位移任一位移为当前位移;
读取当前位移对应层面应变云图的缺陷为基准缺陷检测结果;
基于当前位移时复合材料层合板试样中各个点的面外剪应变,构建面外剪应变云图;
读取当前位移对应面外剪应变云图的缺陷为第一检测结果;
确定第一检测结果与基准缺陷检测结果的重合率为第一重合率;
基于当前位移时复合材料层合板试样中各个点的面外正应变,构建面外正应变云图;
读取当前位移对应面外正应变云图的缺陷为第二检测结果;
确定第二检测结果与基准缺陷检测结果的重合率为第二重合率;
在第二重合率等于第一重合率时,返回步骤“迭代次数i=1”;
在第二重合率大于第一重合率时,令面外正应变对应的累积量n的数值增加1;
在第二重合率小于第一重合率时,令面外剪应变对应的累积量m的数值增加1;
更新当前位移,令迭代次数i的数值增加1,并返回步骤“读取当前位移对应层面应变云图的缺陷为基准缺陷检测结果”直至迭代次数i达到迭代次数阈值;
在面外正应变对应的累积量n大于面外剪应变对应的累积量m时,确定面外正应变为主导应变;
在面外正应变对应的累积量n小于或等于面外剪应变对应的累积量m时,确定面外剪应变为主导应变。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法,其特征在于,基于当前缺陷,构建待测相邻单层的主导应变势差-位移曲线,包括:
确定距离当前缺陷中心点正上方预设距离处的点为第一特征点;所述预设距离小于复合材料层合板试样中任一单层的厚度;
确定距离当前缺陷中心点正下方预设距离处的点为第二特征点;
基于时间戳,获取压头移动不同位移时第一特征点的主导应变;
基于时间戳,获取压头移动不同位移时第二特征点的主导应变;
确定任一位移为当前位移;
确定压头移动当前位移时第一特征点的主导应变与第二特征点的主导应变的差值,为压头移动当前位移时待测相邻单层的主导应变势差;
以位移为横坐标,以待测相邻单层的主导应变势差为纵坐标,构建待测相邻单层的主导应变势差-位移曲线。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法,其特征在于,在确定应变临界值与主导应变下的剪切模量的乘积为待测相邻单层间的剪切强度之后,还包括:
更新所述待测相邻单层,以更新后的待测相邻单层对应的缺陷为当前缺陷,返回步骤“基于当前缺陷,构建待测相邻单层的主导应变势差-位移曲线”,直至遍历所有相邻单层,得到复合材料层合板试样中任一相邻单层间的剪切强度。
5.一种复合材料层合板层间剪切强度确定系统,其特征在于,包括:
应变数据获取模块,用于获取层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据;
力-位移曲线构建模块,用于基于压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据,构建复合材料层合板试样的力-位移曲线;
主导应变确定模块,用于基于层面应变云图和压头移动不同位移时复合材料层合板试样的应变数据确定主导应变;所述主导应变为面外剪应变或面外正应变;
当前缺陷确定模块,用于读取任一位移对应的层面应变云图中的任一缺陷为当前缺陷;
待测相邻单层确定模块,用于确定与当前缺陷相邻的两个单层为待测相邻单层;
主导应变势差-位移曲线构建模块,用于基于当前缺陷,构建待测相邻单层的主导应变势差-位移曲线;
基准位移确定模块,用于确定所述主导应变势差-位移曲线中的斜率突变点对应的位移为基准位移;
应变临界值确定模块,用于基于力-位移曲线,确定压头移动基准位移时复合材料层合板试样整体所受的实验力为应变临界值;
剪切模量获取模块,用于获取主导应变下的剪切模量;
剪切强度确定模块,用于确定应变临界值与主导应变下的剪切模量的乘积为待测相邻单层间的剪切强度。
6.一种电子设备,其特征在于,包括存储器及处理器,所述存储器用于存储计算机程序,所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至4中任一项所述的一种复合材料层合板层间剪切强度确定方法。
7.根据权利要求6所述的一种电子设备,其特征在于,所述存储器为可读存储介质。
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Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106596292A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-04-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种路面材料层间直接剪切测试装置 |
CN107633120A (zh) * | 2017-09-07 | 2018-01-26 | 东南大学 | 一种纤维增强复合材料动态剪切本构模型的构建方法 |
US10761002B1 (en) * | 2019-05-13 | 2020-09-01 | Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce | Shear loader and performing pure mode II or mixed mode I and mode II shear loading |
CN112857992A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 中国汽车技术研究中心有限公司 | 一种碳纤维材料力学性能仿真标定方法 |
CN113158508A (zh) * | 2021-02-10 | 2021-07-23 | 南京航空航天大学 | 一种复合材料层合板贴补修复后极限载荷确定方法 |
CN115032143A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-09 | 广州市交通设计研究院有限公司 | 一种白加黑路面层间接触和粘结性能的测试方法 |
CN115493932A (zh) * | 2022-09-16 | 2022-12-20 | 上海空间推进研究所 | 航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法和系统 |
CN115597985A (zh) * | 2022-12-06 | 2023-01-13 | 国高材高分子材料产业创新中心有限公司(Cn) | 一种基于dic技术的剪切性能直接测试方法 |
CN115615847A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-01-17 | 北京理工大学 | 一种用于金属材料动态剪切变形及失效测试的方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2016207867B2 (en) * | 2015-01-13 | 2020-07-23 | Bae Systems Plc | Structural damage detection |
-
2023
- 2023-12-18 CN CN202311735823.4A patent/CN117433990B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106596292A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-04-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种路面材料层间直接剪切测试装置 |
CN107633120A (zh) * | 2017-09-07 | 2018-01-26 | 东南大学 | 一种纤维增强复合材料动态剪切本构模型的构建方法 |
US10761002B1 (en) * | 2019-05-13 | 2020-09-01 | Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce | Shear loader and performing pure mode II or mixed mode I and mode II shear loading |
CN112857992A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 中国汽车技术研究中心有限公司 | 一种碳纤维材料力学性能仿真标定方法 |
CN113158508A (zh) * | 2021-02-10 | 2021-07-23 | 南京航空航天大学 | 一种复合材料层合板贴补修复后极限载荷确定方法 |
CN115032143A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-09 | 广州市交通设计研究院有限公司 | 一种白加黑路面层间接触和粘结性能的测试方法 |
CN115493932A (zh) * | 2022-09-16 | 2022-12-20 | 上海空间推进研究所 | 航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法和系统 |
CN115615847A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-01-17 | 北京理工大学 | 一种用于金属材料动态剪切变形及失效测试的方法 |
CN115597985A (zh) * | 2022-12-06 | 2023-01-13 | 国高材高分子材料产业创新中心有限公司(Cn) | 一种基于dic技术的剪切性能直接测试方法 |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
Design And Construction Of a Bending-Active Plywood Structure: The Flexmaps Pavilion;Laccone.F;《Journal of the International Association for Shell and Spatial Structures》;20220601;98-114 * |
冲击载荷作用下芯片封装的板级-整机可靠性研究;刘振;《中国博士学位论文全文数据库基础科学辑》;20231215;1-123 * |
基于多尺度模型的复合材料厚板G_(13)剪切失效分析;贾利勇;贾欲明;于龙;李苗;张旷怡;贺高;;复合材料学报;20160630(第04期);558-566 * |
张赛 ; 孟宪明 ; 任鹏飞 ; 崔东.基于不同工况的碳纤维复合材料力学性能研究.《新技术新工艺》.2022,79-84. * |
热压罐成型碳纤维增强树脂基复合材料典型缺陷评价研究;戎笑远;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20230115;1-176 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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