申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2021-08-09

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN113609688B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F113/26;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2021.11.23#实质审查的生效;2021.11.05#公开

摘要：本发明属于切削仿真领域，一种复合材料细观切削仿真中纤维剪断、弯断失效的精确判定方法，充分考虑了纤维以剪断、弯断模式失效时的具体应力状态，由此确定了决定纤维剪断、弯断的关键性应力；分别针对剪断、弯断时的关键性应力，推导出各失效模式对应的应力准则，形成了能够对纤维剪断、弯断行为进行精确判定的方法。相比于已有方法，本发明所涉方法首次区分了纤维的失效模式，并根据不同模式对应的关键性应力分别给出了应力准则，这可从根本上解决已有方法单一表达式无法精确表征纤维两种不同失效应力状态的问题。本发明所涉方法形式简单、功能实用，可大幅提升复合材料细观切削仿真的精度，从而有助于推动复合材料细观切削仿真方法的发展。

主权项：1.一种复合材料细观切削仿真中纤维剪断、弯断失效的精确判定方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步：求解纤维以剪断、弯断模式失效时的应力状态当纤维以剪断模式失效时，失效面与切削速度方向平行；当纤维以弯断模式失效时，失效面则与纤维轴向相垂直；设θ为纤维切削角，即纤维沿逆时针方向旋转直至与切削速度方向重合时所转过的角度，取两个应力单元体分别表征纤维剪断、弯断失效时的应力状态；为描述方便，沿纤维轴线方向定义为1方向，垂直于1方向平面内定义为2方向和3方向，三方向互相垂直；由于单元体尺寸非常小，假设单元体上的失效面为一平面，则根据单元体平衡条件，得剪断、弯断模式下单元体的平衡方程为式1： 式中，dA表示失效面的面积；σ11、σ22、σ33分别表示各方向上的正应力，σ12、σ23、σ13分别表示各平面内的剪应力；σm表示失效面上的正应力，σm1和σm2分别表示失效面上的剪应力；根据该方程，求解出剪断、弯断模式下失效面上的应力分别为式2和式3： 由以上结果知，在剪断模式下，纤维断裂由正应力σ11、σ33和剪应力σ12、σ13和σ23决定；在弯断模式下，纤维断裂仅由正应力σ11和剪应力σ12、σ13决定；这表明导致纤维剪断、弯断的关键性应力是不同的；第二步：构造各失效模式对应的应力准则基本型假设纤维是各向同性材料，则其在绕1、2、3方向轴的任一轴旋转后，失效应力准则的基本形式应保持不变；因此，纤维失效应力准则基本型应由式4中的不变量构成： 选用拟合精度足够高，且形式简单的二次多项式，故舍弃I3，得应力准则基本型如式5： 式中，P1、P2、P3为I1、I2的系数，将式4代入到式5中，并舍去含有非关键性应力的项，得纤维剪断、弯断模式对应的应力准则基本型如式6： 其中，J1、J2、J3、J4分别为化简后基本型中各不变量对应的待定系数；第三步：求解基本型中的待定系数假设应力单元体有如下四类应力状态：1单轴拉应力状态，沿1轴：J1T+J2T2＝17式中，T为纤维材料的拉伸强度；2单轴压应力状态，沿1轴：-J1C+J2C2＝18式中，C为纤维材料的压缩强度；3纯剪切应力状态：J4S2＝19式中，S为纤维材料的抗剪强度；4双向应力状态，沿1轴和3轴：i若σ110，σ330：2J1T+2J2+J3T2＝110ii若σ110，σ330：-2J1C+2J2+J3C2＝111iii若σ11σ330：J1T-C+J2T2+C2-J3TC＝112联立式7-12，解得： 将式13-16代入到式6中，得纤维剪断、弯断失效的判定方法如式17-19：1若σ110，σ330： 2若σ110，σ330： 3若σ11σ330：

全文数据：

权利要求：

百度查询： 大连理工大学 复合材料细观切削仿真中纤维剪断、弯断失效的精确判定方法

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