CN117976113A - 一种复合材料损伤容限分析方法、装置、电子设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种复合材料损伤容限分析方法、装置、电子设备及介质，涉及材料分析数值仿真领域，该方法包括：建立复合材料的三维有限元模型；针对每个载荷量，通过所述三维有限元模型进行有限元分析求解，得到复合材料的初始应力状态向量；将所述初始应力状态向量带入预先构造的失效准则中，判断复合材料是否满足所述失效准则；如果不满足，则按预设的增量增加载荷；如果满足，则进行渐进失效分析直到复合材料完全失效；输出复合材料完全失效时的失效载荷与失效模式。本申请渐进损伤和断裂评估是通过在单位内局部施加失效准则，参考材料方向的局部坐标方向来进行的，并根据不同的失效标准评估其损伤情况，有效提升了准确度。
Description
技术领域
本申请涉及材料分析数值仿真领域，尤其是涉及一种复合材料损伤容限分析方法、装置、电子设备及介质。
背景技术
复合材料是由两种或多种不同成分组成的材料，具有优异的力学性能和轻质化等优点，在航空、航天、汽车、体育器材等领域得到广泛应用。然而，由于其复杂的结构和各向异性特性，复合材料易受损伤和破坏，这不仅会影响材料的力学性能，还可能导致结构的失效。
为了减少复合材料失效的风险，需要进行损伤容限分析（Damage ToleranceAnalysis），即通过对复合材料力学性能的分析和实验，确定其在出现损伤后仍能承受一定载荷的最大程度，并制定相应的设计和使用要求。
复合材料损伤容限分析是一个复杂而具有挑战性的问题，多尺度分析是其中的一个重要难点，复合材料的损伤容限分析需要考虑从宏观到微观的多个尺度。例如，需要从纤维和基体的级别上理解损伤形成和扩展机制，同时考虑材料整体结构的影响。这涉及到多尺度建模和分析的技术挑战。
因此，如何提供一种精确度更高的复合材料损伤容限分析方法，是目前亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种复合材料损伤容限分析方法、装置、电子设备及介质。
第一方面，本申请提供一种复合材料损伤容限分析方法，
建立复合材料的三维有限元模型；
针对每个载荷量，通过所述三维有限元模型进行有限元分析求解，得到复合材料的初始应力状态向量；
将所述初始应力状态向量带入预先构造的失效准则中，判断复合材料是否满足所述失效准则；
如果不满足，则按预设的增量增加载荷；
如果满足，则进行渐进失效分析直到复合材料完全失效；
输出复合材料完全失效时的失效载荷与失效模式。
可选的，所述进行渐进失效分析直到复合材料完全失效的步骤，具体包括：
对满足失效准则的复合材料的进行刚度退化，判断性能退化后的复合材料是否完全失效；
如果没有完全失效，则对复合材料进行损伤扩展分析；
如果完全失效，则停止渐进失效分析。
可选的，所述对复合材料进行损伤扩展分析的步骤，具体包括：
对进行刚度退化的复合材料重复进行有限元分析求解和刚度退化；
如果材料性能不再退化，则按预设的增量增加载荷。
可选的，所述将所述初始应力状态向量带入预先构造的失效准则中，判断复合材料是否满足所述失效准则的步骤，具体包括：
将所述初始应力状态向量带入各个失效模式的失效准则中，根据计算结果判断复合材料是否分别满足各个失效模式的失效准则；
所述失效模式包括纵向拉伸失效、纵向压缩失效、横向拉伸失效、横向压缩失效和各向剪切失效；
纵向拉伸失效的失效准则包括：
纵向拉伸失效；纵向压缩失效的失效准则包括：
纤维压碎模式
；
分层失效模式
；
微屈曲模式
；其中，纵向压缩极限强度/>取以上可能失效的极小值：/>；
横向拉伸失效的失效准则包括：
；横向压缩失效的失效准则包括：
；
各向剪切失效：
；其中，字母E、V、S分别表示模量、体积含量和强度，/>分别是复合材料纵向拉伸、压缩强度，分别是复合材料横向拉伸、压缩强度，/>分别是复合材料面内和两个面外的剪切强度，下标中l、 f、m分别指代单层板、纤维和基体，下标T、C、S分别表示拉伸、压缩和剪切，下标数字1、2、3表示空间坐标系的三个方向。
可选的，所述对满足失效准则的复合材料的进行刚度退化，判断性能退化后的复合材料是否完全失效的步骤，具体包括：
通过复合材料发生损伤后的应力—应变本构方程ε＝Sdσ，计算复合材料自然坐标系下的应变；其中，，Sd为损伤状态下的柔度矩阵，S0为未损伤状态下的柔度矩阵，D为损伤变量矩阵；通过对损伤变量矩阵D求解判断性能退化后的复合材料是否完全失效。
可选的，所述通过对损伤变量矩阵D求解判断性能退化后的复合材料是否完全失效的步骤，具体包括：
所述损伤变量矩阵D定义为
；式中，dij(i ,j＝1 ,2 ,3)是对应不同失效模式的损伤变量；
如果材料未发生失效，则损伤变量的值都为0；如果材料完全失效，则损伤变量的值无限趋近于1。
可选的，在进行刚度退化时，当纵向拉伸失效或纵向压缩失效时，纤维所有刚度系数取原有的1%，当横向拉伸失效时，基体所有刚度系数取原有的1%，当横向压缩失效时，基体所有刚度系数取原有的20%，当各向剪切失效时，基体所有刚度系数取原有的10%。
第二方面，本申请提供一种复合材料损伤容限分析装置，所述装置包括：
模型建立单元，用于建立复合材料的三维有限元模型；
状态求解单元，用于针对每个载荷量，通过所述三维有限元模型进行有限元分析求解，得到复合材料的初始应力状态向量；
失效判断单元，用于将所述初始应力状态向量带入预先构造的失效准则中，判断复合材料是否满足所述失效准则；
载荷控制单元，用于如果不满足，则按预设的增量增加载荷；
渐进分析单元，用于如果满足，则进行渐进失效分析直到复合材料完全失效；
数据输出单元，用于输出复合材料完全失效时的失效载荷与失效模式。
第三方面，本申请提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；
一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序配置用于执行如第一方面所述的方法。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行如第一方面所述的方法。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
支持通过微观力学理论从薄板尺度推导微观尺度上的应力和应变。同时支持使用多种损伤/失效标准来评估组分材料损伤情况，损伤分析是逐步进行的，因此能够确定损伤的起始和发展，其中包括微观层面和结构层面的断裂起始和扩展；
支持基体和纤维失效引起的损伤和失效机制：损伤机制解释了在横向、压缩和剪切载荷下基体开裂的原因；单层板断裂机制包括纤维在拉伸、压缩（压碎、微屈曲和脱粘）和分层下的失效；
本方案中渐进损伤和断裂评估是通过在单位内局部施加失效准则，参考材料方向的局部坐标方向来进行的。即在每个单独的载荷增量步，面内和面外子体积微应力可以通过复合材料微观应力分析获得，并根据不同的失效标准评估其损伤情况，有效提升了准确度。
附图说明
图1 是本申请实施例提供的复合材料损伤容限分析方法的方法流程图。
图2是本申请实施例提供的复合材料损伤容限分析方法的实施逻辑示意图。
图3是本申请实施例提供的渐进损伤分析的五个阶段的示意图。
图4是本申请实施例提供的复合材料开孔层合板几何示意图。
图5是本申请实施例提供的复合材料开孔层合板仿真示意图。
图6是本申请实施例提供的应力应变曲线对比示意图。
图7是本申请实施例提供的仿真最终失效示意图。
图8是本申请实施例提供的复合材料损伤容限分析装置的功能模块框图。
图9为本发明实施例的用于执行根据本申请实施例的复合材料损伤容限分析法的电子设备的结构框图。
图10是本发明实施例的用于保存或者携带实现根据本申请实施例的复合材料损伤容限分析方法的程序代码的计算机可读存储介质的结构框图。
附图标记：
模型建立单元110；状态求解单元120；失效判断单元130；载荷控制单元140；渐进分析单元150；数据输出单元160；电子设备300；处理器310；存储器320；计算机可读存储介质400；程序代码410。
实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本申请实施例的描述中，“示性的”、“例如”或者“举例来说”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示性的”、“例如”或者“举例来说”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示性的”、“例如”或者“举例来说”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请实施例的描述中，除非另有说明，术语“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个系统是指两个或两个以上的系统，多个屏幕终端是指两个或两个以上的屏幕终端。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
如图1所示，为本发明一实施例提供的复合材料损伤容限分析方法，方法包括：
步骤S101，建立复合材料的三维有限元模型。
三维有限元模型的建立与需要进行分析的对象相关，基于分析对象的类型建立相应的模型，例如对复合材料层合板进行分析，就建立针对复合材料层合板的三维有限元模型。
作为本发明实施例的优选实施方式，在进行建模时，通过将宏观有限元应力、应变和曲率分解为由纤维束及其周围基体组成的微观细分单元的全层次建模，从而增强了有限元分析。
步骤S102，针对每个载荷量，通过所述三维有限元模型进行有限元分析求解，得到复合材料的初始应力状态向量。
基于渐进损伤和微观力学理论的复合材料力学本构关系，复合材料在未损伤和损伤这两种状态下的应力—应变本构方程分别为：ε＝S0σ和ε＝Sdσ，ε为自然坐标系下的应变，σ为自然坐标系下的应力向量，S0为未损伤状态下的柔度矩阵，S0通过试验测得的复合材料工程弹性常数确定；Sd为损伤状态下的柔度矩阵，Sd与复合材料损伤程度有关。
因此，在建立完模型之后，将定义的分析对象的初始状态以及设置的载荷类型、载荷量带入模型，即可得到分析对象的初始应力状态向量σ。
其中，分别为自然坐标系下三个方向上的主应力，/>分别为自然坐标系下三个面的切应力。
步骤S103，将所述初始应力状态向量带入预先构造的失效准则中，判断复合材料是否满足所述失效准则。
根据渐进损伤理论，复合材料失效是一个损伤从起始，扩展到最终破坏的过程，可以采用基于渐进损伤和微观力学理论构造的失效准则来判断复合材料是否发生损伤。
通过将初始应力状态向量σ代入基于渐进失效和微观力学理论构造的失效准则中以判断复合材料是否失效及其失效模式。
作为本发明实施例的优选实施方式，失效模式包括纵向拉伸失效、纵向压缩失效、横向拉伸失效、横向压缩失效和各向剪切失效。
针对不同的失效模式，分别构造相应的失效准则，具体如下：
纵向拉伸失效的失效准则包括：
纵向拉伸失效；纵向压缩失效的失效准则包括：纤维压碎模式
；
分层失效模式
；
微屈曲模式
；其中，纵向压缩极限强度/>取以上可能失效的极小值：/>；
横向拉伸失效的失效准则包括：
；横向压缩失效的失效准则包括：
；各向剪切失效：
；其中，字母E、V、S分别表示模量、体积含量和强度，/>分别是复合材料纵向拉伸、压缩强度，分别是复合材料横向拉伸、压缩强度，/>分别是复合材料面内和两个面外的剪切强度，下标中l、 f、m分别指代单层板（lamina），纤维（fiber）和基体（matrix），下标T、C、S分别表示拉伸、压缩和剪切，下标数字1、2、3表示空间坐标系的三个方向。
针对上述不同的失效准则，首先分别带入初始应力状态向量σ的具体元素值，判断是否满足失效准则，如果满足，则说明在当前载荷下复合材料发生损伤。
需要注意的时，在本方案中，所施加的载荷量随着分析过程的推进会进行不断增加，对于变化后的每个载荷量，都需要循环重复执行步骤S102，直到满足分析结束的终止条件。
步骤S104，如果不满足，则按预设的增量增加载荷。
在将初始应力状态向量带入失效准则后，如果不满足，说明此时复合材料没有出现损伤，因此需要进一步加大载荷，然后再次执行步骤S102。
针对每次增加的载荷增量，可以根据分析的需求预先进行合理的设置。结合实际的需要，也可以在分析的过程中进行灵活的调整。
步骤S105，如果满足，则进行渐进失效分析直到复合材料完全失效。
本发明所提出的渐进失效理论大体可以分为以下五个阶段：初始平衡状态、损伤起始、损伤扩展、损伤不再扩展以及完全失效。
如果满足失效准则，则说明复合材料发生损伤，即进入到损伤起始阶段，需要进行渐进失效分析直到复合材料完全失效。
作为本发明实施例的优选实施方式，步骤S105，具体包括：
对满足失效准则的复合材料的进行刚度退化，判断性能退化后的复合材料是否完全失效；
如果没有完全失效，则对复合材料进行损伤扩展分析；如果完全失效，则停止渐进失效分析。
对于发生损伤的复合材料需要进行刚度退化，得到刚度性能退化后的材料属性，判断是否有损伤扩展，如果损伤扩展最终导致了复合材料完全失效，则停止分析。如果损伤扩展到一定程度后不再扩展，即材料性能不再退化，则按预设的增量增加载荷。增加载荷之后，则需要再次执行步骤S102，重复上述过程，直到复合材料完全失效，则停止分析（此时有限元分析求解无法收敛）。
具体的执行方法为，基于损伤起始阶段所导致的刚度退化，得到退化后的材料属性后，作为输入再次带入到三维有限元模型进行有限元分析求解，对求解得到的应力状态向量进行失效准则的匹配，如果仍然满足失效准则，则说明出现损伤扩展，则继续进行刚度退化和有限元分析求解，直到不满足失效准则，说明当前阶段的损伤不再扩展，复合材料结构保持稳定平衡。
进一步地，对满足失效准则的复合材料的进行刚度退化，判断性能退化后的复合材料是否完全失效，具体的计算方法为：
通过复合材料发生损伤后的应力—应变本构方程ε＝Sdσ，计算复合材料自然坐标系下的应变；
其中，，Sd为损伤状态下的柔度矩阵，S0为未损伤状态下的柔度矩阵，D为损伤变量矩阵；
通过对损伤变量矩阵D求解判断性能退化后的复合材料是否完全失效。
损伤变量矩阵D定义为
式中，dij(i ,j＝1 ,2 ,3)是对应不同失效模式的损伤变量；
如果材料未发生失效，则损伤变量的值都为0；如果材料完全失效，则损伤变量的值无限趋近于1。
作为优选的实施方式，上述的刚度退化的计算过程，可以在复合材料专业有限元软件GENOA中编写相应的材料子程序VUMAT实现。
同时，根据工程试验结果以及经验，在进行刚度退化时，当纵向拉伸失效或纵向压缩失效时，纤维所有刚度系数取原有的1%，当横向拉伸失效时，基体所有刚度系数取原有的1%，当横向压缩失效时，基体所有刚度系数取原有的20%，当各向剪切失效时，基体所有刚度系数取原有的10%。然后根据微观力学中Chamis模型可以获得损伤后的等效弹性性能，对比初始性能从而确定所有损伤变量dij(i ,j＝1 ,2 ,3)。
通过上述过程的不断循环，最终触发分析终止的条件：复合材料完全失效，即结构不再承受更多外载或者结构完全断裂。
在上述的循环过程中，会经过多次的载荷增加，每一次的载荷增加都需要从步骤S102开始分析，都对应了一次新的从平衡状态到损伤起始，再到损伤扩展、再到损伤不再扩展（新的平衡状态）的循环。
步骤S106，输出复合材料完全失效时的失效载荷与失效模式。
当复合材料完全失效时，获取当前所施加的载荷量，即为失效载荷，以及当前求解出的应力状态向量所满足的失效准则，将该失效准则对应的失效模式与失效载荷一起进行输出。
通过上述过程，即完成了对复合材料的损伤容限分析。
作为本发明实施例的具体实施方式，本发明实施例所提供的复合材料损伤容限分析方法，在实际应用时的实施逻辑如图2所示。
首先定义复合材料的初始状态，并在此基础上施加当前的载荷。载荷/>既可以是初始载荷，也可以是在之前载荷的基础上增加了增量/>的载荷。针对/>，带入三维有限元模型进行有限元分析求解，具体的求解过程就是非线性分析求解平衡方程。如果求解不收敛，则说明在当前载荷/>下复合材料失效，此时输出得到的失效载荷，并停止分析过程。如果求解收敛，则进一步通过应力恢复程序，基于应力—应变本构方程进行求解，得到针对当前载荷/>的初始应力状态向量，然后将所述初始应力状态向量带入预先构造的失效准则中，判断复合材料是否失效（损伤），如果否就在当前载荷/>的基础上增加增量/>，并返回再次进行求解平衡方程。如果复合材料损伤，则进行局部材料性能退化后返回有限元进行相同载荷/>下求解，如果损伤扩展，更多材料性能退化，继续返回有限元进行相同载荷下/>求解。直到结构保持稳定平衡，即重新获得平衡方程，则在当前载荷的基础上增加增量/>进行有限元求解。循环重复这个过程，直至结构不再承受更多外载或者结构完全断裂，分析结束。
下面通过一个具体的案例，对本方案所提出的复合材料损伤容限分析方法进行具体说明。
案例为：基于复合材料专业有限元软件二次开发的复合材料层合板开孔拉伸仿真分析。具体实施过程如下：
首先是模型建立。
在有限元软件GENOA中进行二次开发，基于Python语言编写自动化建模脚本程序。本实施例基于ASTM D5766标准，受单向拉伸载荷的复合材料开孔层合板由AS4-/3501复合材料制成，单层板等效材料性能为：E11＝153.02GPa，E22＝8.11GPa，E33＝8.11GPa，G12＝4.14GPa，G23＝2.26GPa，G13＝4.14GPa，υ12＝0.32，υ23＝0.56，υ13＝0.32，S11T＝2949.20MPa，S11C＝1430.00MPa ，S22T＝66.56MPa，S22C＝264.17MPa，S12S＝72.65MPa，S23S＝68.90MPa，S13S＝74.13MPa。复合材料层合板纤维体积含量60.06%，单层厚度为0.185mm，铺层顺序为[45/-45/0/45/-45/0/45/-45/90/0]s。如图4所示，复合材料层合板的尺寸为304.8mm×38.1mm×3.7mm，圆孔直径为6.35mm。将上述所有尺寸参数定义为几何模型的特征参数，采用参数化建模方法生成的复合材料层合板三维有限元模型如图5所示。然后设置材料属性，划分网格（壳单元，单元类型取QUAD75），并施加载荷和边界条件。本实施例中的复合材料层合板一端为固支边界条件，在另一端施加拉伸位移边界条件。
然后开始进行复合材料层合板开孔拉伸的渐进失效分析。
对复合材料层合板的三维有限元模型进行仿真分析，模拟复合材料层合板损伤起始、演化和最终失效的全过程。在每个载荷增量步，有限元求解得到的应力场向量作为初始输入，然后基于渐进损伤和微观力学理论构造的失效准则来判断复合材料是否发生损伤，若材料发生损伤，则对失效的材料基于渐进损伤和微观力学理论进行刚度退化，并判断结构是否完全失效，若没有完全失效，则继续施加载荷增量并重新执行以上循环；直至完全失效，则根据有限元分析结果得到复合材料层合板开孔拉伸的失效载荷与失效模式。若材料未发生损伤，则执行继续施加载荷增量并重新执行对复合材料层合板的三维有限元模型进行开孔拉伸仿真分析的步骤，直至出现损伤并经扩展到最终失效。
按照工程及仿真经验，采用显示算法进行准静态有限元渐进失效分析，可以满足预测精度要求，从而避免隐式算法等收敛性差的问题。
图6所示为复合材料层合板的应力—应变曲线，图中最大应力即对应失效载荷。从计算结果可知，采用本方法能够较为准确地预测复合材料层合板的失效载荷，误差可控制在10%以内。图7所示为复合材料层合板开孔拉伸仿真的最终破坏情况，孔边两侧缺失单元表示该处层合板材料的刚度已完全退化，说明复合材料沿该方向发生断裂，失效模式主要包含纤维和基体的拉伸失效，仿真结果与实验实际情况也相当吻合。
综上所述，本实施例提供的复合材料损伤容限分析方法，支持通过微观力学理论从薄板尺度推导微观尺度上的应力和应变。同时支持使用多种损伤/失效标准来评估组分材料损伤情况，损伤分析是逐步进行的，因此能够确定损伤的起始和发展，其中包括微观层面和结构层面的断裂起始和扩展；
支持基体和纤维失效引起的损伤和失效机制：损伤机制解释了在横向拉伸、压缩和剪切载荷下基体开裂的原因；单层板断裂机制包括纤维在纵向拉伸、压缩（压碎、微屈曲和脱粘）和分层下的失效；
本方案中渐进损伤和断裂评估是通过在单位内局部施加失效准则，参考材料方向的局部坐标方向来进行的。即在每个单独的载荷增量步，面内和面外子体积微应力可以通过复合材料微观应力分析获得，并根据不同的失效标准评估其损伤情况。
如图8所示，本发明实施提供的复合材料损伤容限分析装置，所述装置包括：
模型建立单元110，用于建立复合材料的三维有限元模型；
状态求解单元120，用于针对每个载荷量，通过所述三维有限元模型进行有限元分析求解，得到复合材料的初始应力状态向量；
失效判断单元130，用于将所述初始应力状态向量带入预先构造的失效准则中，判断复合材料是否满足所述失效准则；
载荷控制单元140，用于如果不满足，则按预设的增量增加载荷；
渐进分析单元150，用于如果满足，则进行渐进失效分析直到复合材料完全失效；
数据输出单元160，用于输出复合材料完全失效时的失效载荷与失效模式。
本发明实施例提供的复合材料损伤容限分析装置，用于实现上述复合材料损伤容限分析方法，因此具体实施方式与上述方法相同，在此不再赘述。
如图9所示，本发明实施例提供的一种电子设备300的结构框图。该电子设备300可以是智能手机、平板电脑、电子书等能够运行应用程序的电子设备300。本申请中的电子设备300可以包括一个或多个如下部件：处理器310、存储器320、以及一个或多个应用程序，其中一个或多个应用程序可以被存储在存储器320中并被配置为由一个或多个处理器310执行，一个或多个程序配置用于执行如前述方法实施例所描述的方法。
处理器310可以包括一个或者多个处理核。处理器310利用各种接口和线路连接整个电子设备300内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器320内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器320内的数据，执行电子设备300的各种功能和处理数据。可选地，处理器310可以采用数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）、现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）、可编程逻辑阵列（Programmable LogicArray，PLA）中的至少一种硬件形式来实现。处理器310可集成中央处理器（CentralProcessing Unit，CPU）、图像处理器（Graphics Processing Unit，GPU）和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器310中，单独通过一块通信芯片进行实现。
存储器320可以包括随机存储器（Random Access Memory，RAM），也可以包括只读存储器（Read-Only Memory）。存储器320可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器320可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于实现至少一个功能的指令（比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等）、用于实现下述各个方法实施例的指令等。存储数据区还可以存储终端在使用中所创建的数据（比如电话本、音视频数据、聊天记录数据）等。
如图10所示，本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质400的结构框图。该计算机可读介质中存储有程序代码410，所述程序代码410可被处理器调用执行上述方法实施例中所描述的方法。
计算机可读存储介质400可以是诸如闪存、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。可选地，计算机可读存储介质400包括非易失性计算机可读介质（non-transitory computer-readable storage medium）。计算机可读存储介质400具有执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码410的存储空间。这些程序代码410可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。程序代码410可以例如以适当形式进行压缩。
在本申请所公开的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践真理的公开后，将容易想到本公开的其他实施方案。
本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种复合材料损伤容限分析方法，其特征在于，所述方法包括：
建立复合材料的三维有限元模型；
针对每个载荷量，通过所述三维有限元模型进行有限元分析求解，得到复合材料的初始应力状态向量；
将所述初始应力状态向量带入预先构造的失效准则中，判断复合材料是否满足所述失效准则；
如果不满足，则按预设的增量增加载荷；
如果满足，则进行渐进失效分析直到复合材料完全失效；
输出复合材料完全失效时的失效载荷与失效模式。
2.根据权利要求1所述的复合材料损伤容限分析方法，其特征在于，所述进行渐进失效分析直到复合材料完全失效的步骤，具体包括：
对满足失效准则的复合材料的进行刚度退化，判断性能退化后的复合材料是否完全失效；
如果没有完全失效，则对复合材料进行损伤扩展分析；
如果完全失效，则停止渐进失效分析。
3.根据权利要求2所述的复合材料损伤容限分析方法，其特征在于，所述对复合材料进行损伤扩展分析的步骤，具体包括：
对进行刚度退化的复合材料重复进行有限元分析求解和刚度退化；
如果材料性能不再退化，则按预设的增量增加载荷。
4.根据权利要求1-3所述的复合材料损伤容限分析方法，其特征在于，所述将所述初始应力状态向量带入预先构造的失效准则中，判断复合材料是否满足所述失效准则的步骤，具体包括：
将所述初始应力状态向量带入各个失效模式的失效准则中，根据计算结果判断复合材料是否分别满足各个失效模式的失效准则；
所述失效模式包括纵向拉伸失效、纵向压缩失效、横向拉伸失效、横向压缩失效和各向剪切失效；
纵向拉伸失效的失效准则包括：
纵向拉伸失效；纵向压缩失效的失效准则包括：纤维压碎模式
；分层失效模式
；微屈曲模式
；其中，纵向压缩极限强度/>取以上可能失效的极小值：/>；
横向拉伸失效的失效准则包括：
；横向压缩失效的失效准则包括：
；各向剪切失效：/>；其中，字母E、V、S分别表示模量、体积含量和强度，/>分别是复合材料纵向拉伸、压缩强度，分别是复合材料横向拉伸、压缩强度，/>分别是复合材料面内和两个面外的剪切强度，下标中l、 f、m分别指代单层板、纤维和基体，下标T、C、S分别表示拉伸、压缩和剪切，下标数字1、2、3表示空间坐标系的三个方向。
5.根据权利要求4所述的复合材料损伤容限分析方法，其特征在于，所述对满足失效准则的复合材料的进行刚度退化，判断性能退化后的复合材料是否完全失效的步骤，具体包括：
通过复合材料发生损伤后的应力—应变本构方程ε＝Sdσ，计算复合材料自然坐标系下的应变；其中，，Sd为损伤状态下的柔度矩阵，S0为未损伤状态下的柔度矩阵，D为损伤变量矩阵；通过对损伤变量矩阵D求解判断性能退化后的复合材料是否完全失效。
6.根据权利要求5所述的复合材料损伤容限分析方法，其特征在于，所述通过对损伤变量矩阵D求解判断性能退化后的复合材料是否完全失效的步骤，具体包括：
所述损伤变量矩阵D定义为
；式中，dij(i ,j＝1,2 ,3)是对应不同失效模式的损伤变量；
如果材料未发生失效，则损伤变量的值都为0；如果材料完全失效，则损伤变量的值无限趋近于1。
7.根据权利要求6所述的复合材料损伤容限分析方法，其特征在于，在进行刚度退化时，当纵向拉伸失效或纵向压缩失效时，纤维所有刚度系数取原有的1%，当横向拉伸失效时，基体所有刚度系数取原有的1%，当横向压缩失效时，基体所有刚度系数取原有的20%，当各向剪切失效时，基体所有刚度系数取原有的10%。
8.一种复合材料损伤容限分析装置，其特征在于，所述装置包括：
模型建立单元，用于建立复合材料的三维有限元模型；
状态求解单元，用于针对每个载荷量，通过所述三维有限元模型进行有限元分析求解，得到复合材料的初始应力状态向量；
失效判断单元，用于将所述初始应力状态向量带入预先构造的失效准则中，判断复合材料是否满足所述失效准则；
载荷控制单元，用于如果不满足，则按预设的增量增加载荷；
渐进分析单元，用于如果满足，则进行渐进失效分析直到复合材料完全失效；
数据输出单元，用于输出复合材料完全失效时的失效载荷与失效模式。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器；
一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序配置用于执行如权利要求1-7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行如权利要求1-7任一项所述的方法。
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