(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局地址300000天津市東麗區(qū)津北公路2898號民航大學(xué)(72)發(fā)明人賈寶惠肖海建宋添欽顧明輝陳怡凡鄧文宇盧翔所(特殊普通合伙)12249低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度本發(fā)明公開了一種低溫濕飽和含孔復(fù)合材應(yīng)力場強法估算含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強在基于應(yīng)力場強法的含孔復(fù)合材料層合板拉伸合材料力學(xué)屬性參數(shù)與溫濕環(huán)境之間的函數(shù)關(guān)21.一種低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測方法，其特征在于，包括：S1、基于應(yīng)力場強法估算含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度；具體包括：S101、利用應(yīng)力場強法分析應(yīng)力梯度對拉伸強度的影響，所述應(yīng)力梯度為結(jié)構(gòu)開口根部受到破壞的區(qū)域內(nèi)所存在的應(yīng)力梯度；S102、將權(quán)函數(shù)分配給應(yīng)力場強區(qū)域內(nèi)所有材料點的應(yīng)力矢量；S103、分析不同材料點的應(yīng)力對開口根部發(fā)生失效的綜合影響；S2、引入Tsai方程擬合含孔復(fù)合材料力學(xué)屬性參數(shù)與溫濕環(huán)境參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系；S3、將不同的溫濕環(huán)境參數(shù)導(dǎo)入函數(shù)關(guān)系，得到不同溫濕環(huán)境下含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測方法，其特征開口周圍是應(yīng)力集中區(qū)域，根據(jù)應(yīng)力場強法，開口周圍的場強函數(shù)為：式中：fs為開口場強度，反映含孔復(fù)合材料試件受到載荷作用的嚴重程度；Ω為開口的失效區(qū)域，是一個與材料性能有關(guān)的常數(shù)；S為開口的失效區(qū)域的面積；φ(r)為權(quán)函數(shù)；f(σ)為失效應(yīng)力函數(shù)；s代表一個積分變量，表示沿失效區(qū)域的局部位置；當f?=1時，代表含孔復(fù)合材料層合板最終失效，導(dǎo)致含孔復(fù)合材料層合板失效的外載荷大小等于含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度；對公式(1)求積分：式中：R為開孔的半徑；L為y=0對稱面上的場強區(qū)域半徑的長度；β為應(yīng)力場強區(qū)域到x軸的最大偏角；使用中值定理：式中：do為特征長度，與開孔的形狀和載荷形式無關(guān)，只與含孔復(fù)合材料層合板的鋪層層合板的拉伸強度；求解孔邊應(yīng)力o,(x,0)和權(quán)函數(shù)ψ(x)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測方法，其特征在于，求解孔邊應(yīng)力o(x,0)的過程包括：在一個無限大各向同性含孔復(fù)合材料層合板中半徑為R的圓孔上，圓孔的中心處是X-Y軸系的原點，在無窮遠處平行于y軸施加均勻拉伸應(yīng)力σ",則各向同性含孔復(fù)合材料層合板的孔邊應(yīng)力分布的解析式為：3將含孔復(fù)合材料層合板等效為正交各向異性層合板，對無限大的的解析式為：切剛度系數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測方法，其特征權(quán)函數(shù)ψ(x)表示距離開孔根部x處的應(yīng)力對開孔根部發(fā)生失效所做的貢獻；對于含孔m=2a?1-λ-λ3+(K-3)(λ?4式中，λ=R/(R+d?),σRD為無限大含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度，m?和m?為無量綱無限大含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度預(yù)測模型包括公式(10)、公式(11)和公式(12),有限寬含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度On通過無限大含孔復(fù)合材料層合板的拉伸其中，M為修正系數(shù)，與有限寬含孔復(fù)合材料層合板的孔半徑和寬度有關(guān)，計算公式5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測方法，其特征采用無量綱溫度T來擬合含孔復(fù)合材料力學(xué)屬性參數(shù)與溫濕環(huán)境參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度參數(shù)與溫濕環(huán)境參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系的表達式：E|1=Ee-dTi(17)5濕環(huán)境下含孔復(fù)合材料的層間剪切模量；為室溫干態(tài)下含孔復(fù)合材料的面內(nèi)剪切模量；V?為溫濕環(huán)境下含孔復(fù)合材料的面內(nèi)泊松比，3和V23為溫濕環(huán)境下含孔復(fù)合材料的垂直面內(nèi)泊松比，v?2為室溫干態(tài)下含孔復(fù)合材料的面內(nèi)泊松比，XT、Y、Xc、Yc為復(fù)下的孔邊應(yīng)力集中系數(shù)K,"的計算公式為：溫濕環(huán)境的含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度工程估算模型為：6模型中待確定的參數(shù)有：溫濕環(huán)境下無限大含孔復(fù)合材料層合板的孔邊應(yīng)力集中系數(shù) 是溫濕環(huán)境下m?的修正系數(shù)，是溫濕環(huán)境下X的修正系數(shù)，為溫濕環(huán)境的含孔復(fù)合材料層合板拉伸應(yīng)力。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測方利用應(yīng)力場強法分析應(yīng)力梯度對拉伸強度的影響，所述應(yīng)函數(shù)擬合模塊，向應(yīng)力場強法估算模型中引入Tsai方程擬合含孔復(fù)合材料力學(xué)屬性參預(yù)測模塊，將不同的溫濕環(huán)境參數(shù)導(dǎo)入函數(shù)關(guān)系，得到8.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)7低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測方法及系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于民航復(fù)合材料設(shè)計與評估技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測方法及系統(tǒng)。背景技術(shù)[0002]由于其卓越的性能特點，例如出色的抗壓強度、高比剛度和比強度、良好的耐腐蝕性和抗震性，以及易于成型的特性，復(fù)合材料在民用航空器領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在民用飛機的實際運營過程中，復(fù)合材料的拉伸強度會受到多種環(huán)境因素的影響，這些因素包括但不限于溫度和濕度的變化、外部施加的載荷、幾何尺寸的差異、材料本身的力學(xué)屬性參數(shù)、加工制造工藝的差異以及邊界條件的不確定性。這些因素的綜合作用可能導(dǎo)致復(fù)合材料強度性能的顯著離散性，從而使得在實際工況下難以精確預(yù)測其強度。[0003]為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，Waddoups及其同事開發(fā)了一個基于斷裂力學(xué)的模型，該模型利用特征長度的概念。在這個模型中，特征長度內(nèi)存在一個能量集中的區(qū)域，該區(qū)域被假定為裂紋。然而，這種簡化的假設(shè)可能與實際復(fù)合材料中的情況存在偏差，因為復(fù)合材料的損傷和裂紋擴展過程相當復(fù)雜，受到多種因素的影響，不能簡單地等同于能量集中的裂紋行為。Camanho及其合作者和Martin等人在他們的研究中提出了基于應(yīng)力和能量準則的模型，這些模型被用來預(yù)測復(fù)合材料層壓板的開孔強度。Eriksson和Aronsson則提出了另一種方法，稱為損傷區(qū)準則，該方法考慮了應(yīng)力重分布，并使用閉合形式的解析表達式來描述損傷演化。他們使用了兩個獨立的參數(shù)——臨界損傷區(qū)長度和無缺口層合板的拉伸強度——來預(yù)測含孔層合板的強度。Whitney和Nuismer提出了兩個類似的模型，即點應(yīng)力準則(PSC)和平均應(yīng)力準則(ASC),它們都是基于特征距離的方法。但是，在實際的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力分布并不總是完全遵循理想化的特征距離規(guī)律變化，特別是在孔邊緣附近存在復(fù)雜的應(yīng)力集中和應(yīng)力梯度變化區(qū)域，這使得兩種準則在預(yù)測精度上存在一定的局限性。Chen等人通過研究發(fā)現(xiàn)，纖維復(fù)合材料板的開孔失效強度可以通過預(yù)測層合板中0°鋪層的失效來評估，并提出了承載層失效準則(LBPF)。然而，該準則的求解過程相當復(fù)雜。吳義濤等人則根據(jù)應(yīng)力場強法，建立了一個含孔復(fù)合材料層合板剩余強度的工程估算模型，該模型的預(yù)測精度優(yōu)于點應(yīng)力準則、平均應(yīng)力準則和損傷區(qū)準則法。但是，該模型的建立和求解過程可能較為復(fù)雜，對計算資源和數(shù)據(jù)要求較高，在一些對計算效率和成本有嚴格要求的工程場景發(fā)明內(nèi)容[0004]本發(fā)明的目的在于滿足實際需求，提供一種低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測方法及系統(tǒng)，在基于應(yīng)力場強法的含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度的工程估算的基礎(chǔ)上，引入Tsai方程擬合復(fù)合材料力學(xué)屬性參數(shù)與溫濕環(huán)境之間的函數(shù)關(guān)系，建立了一個能夠預(yù)測溫濕環(huán)境下含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度的工程估算方法及系統(tǒng)。[0005]本發(fā)明的第一目的是提供一種低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測方8S1、基于應(yīng)力場強法估算含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度；具體包括：S101、利用應(yīng)力場強法分析應(yīng)力梯度對拉伸強度的影響，所述應(yīng)力梯度為結(jié)構(gòu)開口根部受到破壞的區(qū)域內(nèi)所存在的應(yīng)力梯度；S102、將權(quán)函數(shù)分配給應(yīng)力場強區(qū)域內(nèi)所有材料點的應(yīng)力矢量；S103、分析不同材料點的應(yīng)力對開口根部發(fā)生失效的綜合影響；S2、引入Tsai方程擬合含孔復(fù)合材料力學(xué)屬性參數(shù)與溫濕環(huán)境參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)S3、將不同的溫濕環(huán)境參數(shù)導(dǎo)入函數(shù)關(guān)系，得到不同溫濕環(huán)境下含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度。式中：fs為開口場強度，反映含孔復(fù)合材料試件受到載荷作用的嚴重程度；Ω為開f(σ)為失效應(yīng)力函數(shù)；s代表一個積分變量，表示沿失效區(qū)域的局部位置；當f?=1時，代表含孔復(fù)合材料層合板最終失效，導(dǎo)致含孔復(fù)合材料層合板失效的外載荷大小等于含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度；對公式(1)求積分：式中：R為開孔的半徑；L為y=0對稱面上的場強區(qū)域半徑的長度；β為應(yīng)力場強區(qū)域到x軸的最大偏角；使用中值定理：式中：d為特征長度，與開孔的形狀和載荷形式無關(guān)，只與含孔復(fù)合材料層合板的材料層合板的拉伸強度；在一個無限大各向同性含孔復(fù)合材料層合板中半徑為R的圓孔上，圓孔的中心處是X-Y軸系的原點，在無窮遠處平行于y軸施加均勻拉伸應(yīng)力σ°,則各向同性含孔復(fù)合材料層合板的孔邊應(yīng)力分布的解析式為：9內(nèi)剪切剛度系數(shù)。權(quán)函數(shù)ψ(x)表示距離開孔根部x處的應(yīng)力對開孔根部發(fā)生失效所做的m=2a?1-λ-λ3+(K-3)(λ?無限大含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度預(yù)測模型包括公式((12),有限寬含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度◎n通過無限大含孔復(fù)合材料層合板的拉伸采用無量綱溫度T來擬合含孔復(fù)合材料力學(xué)屬性參數(shù)與溫濕環(huán)境參數(shù)之間的函E=E?e-dTi(17)X"=Xe-aTi是溫濕環(huán)境下含孔復(fù)合材料的層間剪切模量；為室溫干態(tài)下含孔復(fù)合材料的面內(nèi)剪切境下的孔邊應(yīng)力集中系數(shù)的計算公式為：系數(shù)K,t、溫濕環(huán)境下無孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度8;m""是溫濕環(huán)境下m,的修正系[0010]優(yōu)選的，所述含孔復(fù)合材料層合板為T800碳纖維/環(huán)氧樹脂材料含孔復(fù)合材料層[0011]本發(fā)明的第二目的是提供一種低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測系應(yīng)力場強法估算模型，基于應(yīng)力場強法估算含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度；具利用應(yīng)力場強法分析應(yīng)力梯度對拉伸強度的影響，所述應(yīng)力梯度為結(jié)構(gòu)開口根部受到破壞的區(qū)域內(nèi)所存在的應(yīng)力梯度；將權(quán)函數(shù)分配給應(yīng)力場強區(qū)域內(nèi)所有材料點的應(yīng)力矢量；分析不同材料點的應(yīng)力對開口根部發(fā)生失效的綜合影響；函數(shù)擬合模塊，向應(yīng)力場強法估算模型中引入Tsai方程擬合含孔復(fù)合材料力學(xué)屬性參數(shù)與溫濕環(huán)境之間的函數(shù)關(guān)系；預(yù)測模塊，將不同的溫濕環(huán)境參數(shù)導(dǎo)入函數(shù)關(guān)系，得到不同溫濕環(huán)境下含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度。[0012]本發(fā)明的第三目的是提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上所述的低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測方法。[0013]本發(fā)明的第四目的是提供一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測方法。[0014]本申請具有的優(yōu)點和積極效果是：本發(fā)明在基于應(yīng)力場強法的含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度的工程估算的基礎(chǔ)上，進一步引入了Tsai方程來擬合復(fù)合材料力學(xué)屬性參數(shù)與溫濕環(huán)境之間的復(fù)雜函數(shù)關(guān)系。通過這種方法，本發(fā)明成功建立了一個能夠準確預(yù)測在溫濕環(huán)境下含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度的技術(shù)方案。該發(fā)明不僅考慮了材料的拉伸強度的分散性，還考慮了環(huán)境因素對材料性能的影響，從而為工程設(shè)計和材料選擇提供了更為科學(xué)和精確的依據(jù)。附圖說明[0015]為了更清楚地說明本申請實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他[0016]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例中應(yīng)力場強法的示意圖；圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例中無限大含孔板的孔邊應(yīng)力分布圖；圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例的流程圖。具體實施方式[0017]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實[0018]請參閱圖1至圖3,在圖1中，P為失效區(qū)域Ω中的一個點；R為開孔的半徑；r為孔邊緣到材料點P的徑向距離。[0019]本發(fā)明中的低溫指的是零到零下五十攝氏度左右；第一優(yōu)選實施例，一種低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測方法，包括以下步驟：S1、基于應(yīng)力場強法估算含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度；S2、引入Tsai方程擬合含孔復(fù)合材料力學(xué)屬性參數(shù)與溫濕環(huán)境參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)S3、將不同的溫濕環(huán)境參數(shù)導(dǎo)入函數(shù)關(guān)系，得到不同溫濕環(huán)境下含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度。[0020]應(yīng)力場強法考慮了結(jié)構(gòu)開口根部受到破壞的區(qū)域內(nèi)所存在的應(yīng)力梯度的影響，并通過將權(quán)函數(shù)分配給應(yīng)力場強區(qū)域內(nèi)所有材料點的應(yīng)力矢量，從而進一步考慮了不同材料點的應(yīng)力對開口根部發(fā)生失效的綜合影響。[0021]開口周圍通常都是應(yīng)力集中區(qū)域，因此根據(jù)應(yīng)力場強法，可知開口的場強函式中：fs為開口場強度，反映含孔復(fù)合材料試件受到載荷作用的嚴重程度；Ω為開f(σ)為失效應(yīng)力函數(shù)；s代表一個積分變量，表示沿失效區(qū)域的局部位置。當f?=1含孔復(fù)合材料層合板最終失效，導(dǎo)致含孔復(fù)合材料層合板失效的外載荷大小等于含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度。但在實際工程中，直接使用公式(1)對含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度進行估算比較困難和麻煩，所以對其求積分得：式中：R為開孔的半徑；L為y=0對稱面上的場強區(qū)域半徑的長度；β為應(yīng)力場強區(qū)域到x軸的最大偏角；使用中值定理：式中：d?為特征長度，通過準靜態(tài)拉伸試驗值計算得到，與開孔的形狀和載荷形式o,(x,0),可取fo)=,(x,0)/oo,其中o為無孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度，可通過試驗獲得。[0023](1)求解孔邊應(yīng)力，考慮在一個無限大各向同性含孔復(fù)合材料層合板中半徑為R的圓孔上，圓孔的中心處是X-Y軸系的原點。在無窮遠處平行于y軸施加均勻拉伸應(yīng)力σ°,則各向同性含孔復(fù)合材料層合板的孔邊應(yīng)力分布的解析式為：o”是遠端拉伸應(yīng)力、σ,(x,0)為各向同性含孔復(fù)合材料層合板的孔邊應(yīng)力；內(nèi)剪切剛度系數(shù)。權(quán)函數(shù)ψ(x)表示距離開孔根部x處的應(yīng)力對開m=2λ?1-λ-λ3+(K-3)(λ?-a無限大含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度預(yù)測模型包括公式((12),有限寬含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度n通過無限大含孔復(fù)合材料層合板的拉伸[0025]考慮溫濕影響的含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度工和式(7)可知，無限大板的孔邊應(yīng)力集中系數(shù)需要通過復(fù)合材料1、2方向的楊氏模量不同溫濕環(huán)境影響而發(fā)生變化，從而導(dǎo)致也將隨溫濕環(huán)境的變化而發(fā)生變化。因此基于應(yīng)力場強法的含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度的工程估算模型中受溫濕環(huán)境影響的參數(shù)有無限大板的孔邊應(yīng)力集中系數(shù)K和無孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度0,而σ可通過溫下的值。綱溫度T來擬合含孔復(fù)合材料力學(xué)屬性參數(shù)與溫濕環(huán)境參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。x"=xe-aTi模量；?為溫濕環(huán)境下含孔復(fù)合材料的面內(nèi)泊松比，s和v2?為溫濕環(huán)境下含孔復(fù)合材料的垂直面內(nèi)泊松比，v2為室溫干態(tài)下含孔復(fù)合材料的面內(nèi)泊松比，XT、Y、Xc、Yc為境下的孔邊應(yīng)力集中系數(shù)K,“”的計算公式為：模型中待確定的參數(shù)有：溫濕環(huán)境下無限大含孔復(fù)合材料層合板的孔邊應(yīng)力集中系數(shù)、溫濕環(huán)境下無孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度%;m"是溫濕環(huán)境下m,的修正系數(shù)，是溫濕環(huán)境下m?的修正系數(shù)，是溫濕環(huán)境下X的修正系數(shù)，為溫濕環(huán)境的含孔復(fù)合材料層合板拉伸應(yīng)力。[0028]本發(fā)明建立的工程估算模型可以計算不同溫度，不同濕度下T800碳纖維/環(huán)氧樹脂材料含孔復(fù)合材料層合板的拉伸強度。[0029]第二優(yōu)選實施例，一種低溫濕飽和含孔復(fù)合材料層合板拉伸強度預(yù)測系統(tǒng)，用于應(yīng)力場強法估算模型，基于應(yīng)力場強法估算含孔復(fù)合材