【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及船舶領域，更具體地說，涉及一種復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法。
技術介紹
1、隨著復合材料新技術的發展及其在飛機等工程結構中的成功應用，新型復合材料結構因其具有優異的比強度、比剛度、損傷容限和聲隱身特性等優點而逐漸在艦船結構上獲得了應用。而由纖維增強復合材料與金屬交疊組成的纖維增強金屬層合板結構(fibermetal?laminates,fmls)整體損傷容限更高，不僅具有較好的比強度、比剛度和抗疲勞性能，其抗沖擊性能也得到了較大的提升，在汽車防撞結構與飛機防爆行李艙中得到了成功的應用。纖維金屬層合板憑借其諸多優勢，在艦船結構尤其是艦船重點艙室的防護結構中有廣泛的應用前景。因此需要研究纖維金屬層合板在沖擊載荷下的動態響應。由于纖維金屬層合板是各向異性超混雜結構，其在沖擊載荷下的變形及失效機理復雜，使用試驗及數值仿真的方法研究纖維金屬層合板在沖擊載荷下的動態響應有較高的研究成本和時間周期。
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題在于，提供一種復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其基于層合板變形理論推導層合板在沖擊載荷下變形的簡化理論計算模型，可以有效縮短計算成本，為艦船復合材料結構的防護設計提供有效的理論支撐。
2、本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，包括以下步驟：
3、s1、根據實際沖擊載荷在飽和響應時間內的沖量大小對沖擊載荷進行簡化；
4、s2、
5、s3、根據實際纖維金屬層合板在沖擊載荷下的不同變形模式，分階段進行動態響應計算。
6、按上述方案，所述步驟s1包括：
7、簡化載荷與實際載荷在飽和響應時間內的沖量大小相同，即：
8、i0＝isat
9、式中：i0＝p0t0，i0表示等效矩形載荷的沖量,p0表示等效矩形載荷的壓力，t0表示等效時間；isat表示實際沖擊載荷在結構飽和響應時間內的沖量，tsat表示飽和響應時間，p(t)表示實際沖擊載荷的壓力；
10、簡化矩形載荷形心與實際載荷形心相同，
11、
12、基于上述簡化條件，計算不同的沖擊等效載荷。
13、按上述方案，在所述步驟s2中，以板中心作為原點建立xoy坐標系，得到纖維增強復合材料折減系數d隨纖維金屬層合板中心點位移c變化的曲線表達式如下：
14、d＝8×10-5×(c-10)3-0.0051(c-10)2+0.1171(c-10)。
15、按上述方案，在所述步驟s3中，結合纖維增強復合材料應力-應變曲線，通過不同的應變大小可將纖維金屬層合板響應過程的變形階段分為變形階段一、變形階段二、變形階段三和變形階段四，變形階段一之前為滑移階段，變形階段四之后為震蕩階段；
16、在滑移階段中，金屬層與纖維層均為彈性，纖維金屬層合板在變形過程中僅產生彎曲變形能，無膜變形能，得到總勢能及動能后，建立拉格朗日運動微分方程并求解。
17、按上述方案，在變形階段一中，滑移階段結束后，板產生膜變形能，但中面拉伸變形處于彈性變形內，金屬層與纖維層均為彈性階段，纖維金屬層合板彎曲變形能及膜變形能均用彈性階段的應力應變關系計算，建立拉格朗日運動微分方程并求解。
18、按上述方案，在變形階段二中，金屬層進入二次線性，纖維層依然是彈性，此時假設纖維層與金屬層依舊變形協調，未出現分層，針對每一層求解彎曲變形能及膜變形能，計算總勢能及動能后，建立拉格朗日運動微分方程并求解。
19、按上述方案，在變形階段三中，金屬仍為二次線性階段，但纖維層此時因為沖擊載荷過大出現纖維斷裂損傷，此時通過假定纖維斷裂后層合板內部局部失效來考慮，引入損傷折減系數，對每一層求解彎曲變形能及膜變形能，計算總勢能及動能后，建立拉格朗日運動微分方程并求解。
20、按上述方案，在變形階段四中，金屬層進入理想塑性階段，但未失效，纖維層出現損傷，同樣沿用損傷折減系數，對每一層求解彎曲變形能及膜變形能，計算總勢能及動能后，建立拉格朗日運動微分方程并求解。
21、按上述方案，在震蕩階段中，纖維金屬層合板在塑性變形階段結束后，會在某一變形位置產生彈性震蕩；此時纖維金屬層合板中的纖維層與金屬層均在彈性階段內進行變形，產生彎曲變形能及膜變形能，建立拉格朗日運動微分方程并通過計算震蕩變形。
22、按上述方案，在所述步驟s3中，分階段進行動態響應計算的方法包括：
23、s301、運行滑移階段，滑移階段試件板初始變形為0，初始時間為0，若計算過程中試件板中心點位移超過滑移階段位移閾值c0，則通過c0線性插值，得到試件板中心點在位移c0時的計算時間及速度，并保存作為變形階段一的初始值進行輸入計算；若計算過程中試件板中心點位移未超過滑移階段位移閾值c0，則保存計算過程中的中心點最大值max，及對應的時間與速度，將其作為震蕩階段的初始值并運行震蕩階段，直至計算結束；
24、s302、進入變形階段一，若計算過程中試件板中心點位移超過變形階段一的位移閾值c1，則通過c1線性插值，得到試件板中心點在位移c1時的計算時間及速度，并保存作為變形階段二的初始值進行輸入計算；若計算過程中試件板中心點位移未超過變形階段一的位移閾值c1，則保存計算過程中的中心點最大值max，及對應的時間與速度，將其作為震蕩階段的初始值并運行震蕩階段，直至計算結束；
25、s303、進入變形階段二，若計算過程中試件板中心點位移超過變形階段二的位移閾值c2，則通過c2線性插值，得到試件板中心點在位移c2時的計算時間及速度，并保存作為變形階段三的初始值進行輸入計算；若計算過程中試件板中心點位移未超過變形階段二的位移閾值c2，則保存計算過程中的中心點最大值max，及對應的時間與速度，將其作為震蕩階段的初始值并運行震蕩階段，直至計算結束；
26、s304、進入變形階段三，若計算過程中試件板中心點位移超過變形階段三的位移閾值c3，則通過c3線性插值，得到試件板中心點在位移c3時的計算時間及速度，并保存作為變形階段四的初始值進行輸入計算；若計算過程中試件板中心點位移未超過變形階段三的位移閾值c3，則保存計算過程中的中心點最大值max，及對應的時間與速度，將其作為震蕩階段的初始值并運行震蕩階段，直至計算結束；
27、s305、進入變形階段四，保存計算過程中的中心點最大值max，及對應的時間與速度，將其作為震蕩階段的初始值并運行震蕩階段，直至計算結束；
28、s306、對于滑移階段、變形階段一、變形階段二、變形階段三、變形階段四以及震蕩階段求解試件板中心點的位移歷程，其計算方法為計算試件板在該階段體系的動能與勢能，通過能量建立系統的拉格朗日運動微分方程，最后通過龍格庫塔法數值本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，所述步驟S1包括：
3.根據權利要求1所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，在所述步驟S2中，以板中心作為原點建立xoy坐標系，得到纖維增強復合材料折減系數D隨纖維金屬層合板中心點位移C變化的曲線表達式如下：
4.根據權利要求3所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，在所述步驟S3中，結合纖維增強復合材料應力-應變曲線，通過不同的應變大小可將纖維金屬層合板響應過程的變形階段分為變形階段一、變形階段二、變形階段三和變形階段四，變形階段一之前為滑移階段，變形階段四之后為震蕩階段；
5.根據權利要求4所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，在變形階段一中，滑移階段結束后，板產生膜變形能，但中面拉伸變形處于彈性變形內，金屬層與纖維層均為彈性階段，纖維金屬層合板彎曲變形能及膜變形能均用彈性階段的應力應變關系計算，建立拉
6.根據權利要求5所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，在變形階段二中，金屬層進入二次線性，纖維層依然是彈性，此時假設纖維層與金屬層依舊變形協調，未出現分層，針對每一層求解彎曲變形能及膜變形能，計算總勢能及動能后，建立拉格朗日運動微分方程并求解。
7.根據權利要求6所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，在變形階段三中，金屬仍為二次線性階段，但纖維層此時因為沖擊載荷過大出現纖維斷裂損傷，此時通過假定纖維斷裂后層合板內部局部失效來考慮，引入損傷折減系數，對每一層求解彎曲變形能及膜變形能，計算總勢能及動能后，建立拉格朗日運動微分方程并求解。
8.根據權利要求7所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，在變形階段四中，金屬層進入理想塑性階段，但未失效，纖維層出現損傷，同樣沿用損傷折減系數，對每一層求解彎曲變形能及膜變形能，計算總勢能及動能后，建立拉格朗日運動微分方程并求解。
9.根據權利要求8所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，在震蕩階段中，纖維金屬層合板在塑性變形階段結束后，會在某一變形位置產生彈性震蕩；此時纖維金屬層合板中的纖維層與金屬層均在彈性階段內進行變形，產生彎曲變形能及膜變形能，建立拉格朗日運動微分方程并通過計算震蕩變形。
10.根據權利要求9所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，在所述步驟S3中，分階段進行動態響應計算的方法包括：
...【技術特征摘要】
1.一種復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，所述步驟s1包括：
3.根據權利要求1所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，在所述步驟s2中，以板中心作為原點建立xoy坐標系，得到纖維增強復合材料折減系數d隨纖維金屬層合板中心點位移c變化的曲線表達式如下：
4.根據權利要求3所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，在所述步驟s3中，結合纖維增強復合材料應力-應變曲線，通過不同的應變大小可將纖維金屬層合板響應過程的變形階段分為變形階段一、變形階段二、變形階段三和變形階段四，變形階段一之前為滑移階段，變形階段四之后為震蕩階段；
5.根據權利要求4所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，在變形階段一中，滑移階段結束后，板產生膜變形能，但中面拉伸變形處于彈性變形內，金屬層與纖維層均為彈性階段，纖維金屬層合板彎曲變形能及膜變形能均用彈性階段的應力應變關系計算，建立拉格朗日運動微分方程并求解。
6.根據權利要求5所述的復合材料-金屬混雜結構沖擊動態響應分析方法，其特征在于，在變形階段二中，金屬層進入二次線性，纖維層依然是彈性，此時假設纖...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭成，姚奕帆，孔祥韶，王一雯，周滬，盧安格，
申請(專利權)人：武漢理工大學，
類型：發明
國別省市：
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