【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬結構沖擊損傷評估，尤其涉及一種鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度的預測方法。
技術介紹
1、鋁合金材料由于具有高比強度和易于加工的特性，在航空方面一直是飛機機體結構的主要用材。航空飛機在工程運營中容易遭受大量的低速沖擊事件（如工具墜落、碎片沖擊、鳥撞），導致鋁合金機體結構產生永久性的凹坑變形，顯著地降低了其靜強度和疲勞性能。目前在航空工程領域，飛機機體結構大多采用鋁合金薄板結構，厚度一般約0.2?mm~4mm。可靠地評估低速沖擊載荷對鋁合金薄板永久性凹坑變形的影響，將為飛機鋁合金結構沖擊凹坑損傷容限性能提供重要依據。目前的飛機鋁合金結構沖擊凹坑損傷評估中無法準確地預測鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度。
2、因此，本申請人研發出一種鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度的預測方法來解決上述問題。
技術實現思路
1、本專利技術提出一種鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度的預測方法，以解決現有飛機鋁合金結構沖擊凹坑損傷評估中無法準確地預測鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度的問題。
2、本專利技術通過以下技術方案來實現上述目的：
3、一種鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度的預測方法，包括：
4、設置假設條件，所述假設條件包括：假設鋁合金薄板對應變率不敏感、假設所述鋁合金薄板性能為理想剛塑性、假設所述鋁合金薄板的外載荷功率全部轉化成塑性耗散功率、假設所述鋁合金薄板的初始沖擊能量完全被塑性失效機構耗散、假設鋁合金薄板的低速沖擊問題簡化成一個周邊固支鋁合金圓板中心受到載荷作用的準靜
5、根據小變形假設和所述假設條件構建所述鋁合金圓板在荷載作用下的塑性失效機構，將所述塑性失效機構分割為若干個扇形剛性板塊，各所述扇形剛性板塊之間以射線狀的塑性鉸線鏈接，各所述扇形剛性板塊的角速度大小相同且方向分別沿著所述扇形剛性板塊的圓弧邊；
6、獲取第一信息，所述第一信息包括各所述扇形剛性板塊的圓弧長度、相鄰兩個所述扇形剛性板塊之間的相對角速度、所述鋁合金圓板的結構參數；
7、根據所述第一信息，基于簡支邊界條件和固支邊界條件，構建所述鋁合金圓板只考慮彎矩的塑性耗散功率模型；
8、根據所述塑性耗散功率模型，基于能量守恒方程，構建鋁合金薄板沖擊凹坑深度預測模型；
9、獲取第二信息，所述第二信息包括實際的沖擊載荷數據以及鋁合金薄板的結構參數；
10、將所述第二信息輸入所述分析模型，輸出鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度。
11、具體地，獲取第一信息，包括：
12、獲取所述鋁合金圓板的結構參數，所述結構參數包括所述鋁合金圓板的半徑和厚度；
13、根據所述扇形剛性板塊的塑性鉸線長度和所述扇形剛性板塊的數量計算所述扇形剛性板塊的圓弧長度，所述塑性鉸線長度為所述鋁合金圓板的半徑；
14、根據所述扇形剛性板塊的角速度和所述扇形剛性板塊的數量計算相鄰兩個所述扇形剛性板塊之間的相對角速度。
15、具體地，所述圓弧長度和所述相對角速度的計算公式如下：
16、所述圓弧長度的計算公式：
17、????????????????????????????（1）
18、所述相對角速度的計算公式：
19、????????????????????????（2）
20、為所述扇形剛性板塊的圓弧長度，為所述塑性鉸線長度，為所述扇形剛性板塊的數量，為所述相對角速度，為所述扇形剛性板塊的角速度。
21、具體地，根據所述第一信息，基于簡支邊界條件和固支邊界條件，構建所述鋁合金圓板只考慮彎矩的塑性耗散功率模型，包括：
22、在簡支邊界條件（b=1）下，只考慮彎矩的塑性耗散功率的計算公式為：
23、?????????????????????（3）
24、在固支邊界條件下（b=2）下，只考慮彎矩的塑性耗散功率計算公式為：
25、（4）
26、????????????????????????????（5）
27、當時，可以得到所述鋁合金圓板只考慮彎矩的塑性耗散功率模型，其公式為：
28、?????????????????（6）
29、其中，為所述鋁合金圓板單位寬度上的塑性極限彎矩，為所述鋁合金圓板的厚度，為所述鋁合金圓板的屈服應力，b=1代指簡支邊界條件，b=2代指固支邊界條件。
30、具體地，根據所述塑性耗散功率模型，基于能量守恒方程，構建鋁合金薄板沖擊凹坑深度預測模型，包括：
31、計算所述鋁合金圓板的外載荷的功率為
32、?????????????????????????????（7）
33、忽略摩擦引起的能量消耗，由能量平衡條件可知，所述鋁合金圓板的外載荷功率全部轉化成塑性耗散功率，即
34、??????????????????????????????（8）
35、將式（6）和（7）代入式（8），可得只考慮彎矩導致的塑性耗散情況下的外載荷為：
36、??????????????????????????（9）
37、當所述鋁合金薄板沖擊凹坑深度達到時，消耗的能量為：
38、??????????????????????????（10）
39、則所述鋁合金圓板考慮彎矩和膜力共同作用的塑性耗散功率為：
40、????????????????????????????（11）
41、式中，為膜力因子，只依賴于所述鋁合金圓板的邊界條件和變形過程中的無量綱撓度：
42、????????????????????????????????（12）
43、對于周邊簡支和固支的所述鋁合金圓板，出膜力因子為：
44、??????????????????（13-a）
45、????????????????????（13-b）
46、將式（7）、式（11）代入能量平衡方程可得考慮彎矩和膜力共同作用導致塑性耗散的外載荷為：
47、???????????????????????（14）
48、因此，當所述鋁合金薄板沖擊凹坑深度達到時，消耗的能量為：
49、??????????????????????????（15）
50、將式（12）和（13）代入式（15），可得所述鋁合金薄板沖擊凹坑深度達到時，消耗的能量為：
51、（16a）
52、??（16b）
53、假定在沖擊過程中，初始沖擊能量完全被塑性失效機構耗散，則有：
54、??????????????????????????????（17）
55、式中，為初始沖擊能量；
56、聯合式（16）和（17），即可求解出所述鋁合金圓板承受沖擊載荷后的中心無量綱撓度，在本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度的預測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度的預測方法，其特征在于，獲取第一信息，包括：
3.根據權利要求2所述的一種鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度的預測方法，其特征在于，所述圓弧長度和所述相對角速度的計算公式如下：
4.根據權利要求3所述的一種鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度的預測方法，其特征在于，根據所述第一信息，基于簡支邊界條件和固支邊界條件，構建所述鋁合金圓板只考慮彎矩的塑性耗散功率模型，包括：
5.根據權利要求4所述的一種鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度的預測方法，其特征在于，根據所述塑性耗散功率模型，基于能量守恒方程，構建鋁合金薄板沖擊凹坑深度預測模型，包括：
【技術特征摘要】
1.一種鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度的預測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度的預測方法，其特征在于，獲取第一信息，包括：
3.根據權利要求2所述的一種鋁合金薄板低速沖擊凹坑深度的預測方法，其特征在于，所述圓弧長度和所述相對角速度的計算公式如下：
4.根據權利要求3...
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