利用虚拟许用值计算计算加快航空CFRP材料开发和认证

摘要

在轻量化解决方案的研究中,CFRP的使用在过去几十年中急剧增加,目前约占新型商用飞机所用材料的50%。然而,设计师们仍然面临着加速引入新材料体系以用于实际应用的挑战。主要挑战之一是缩短材料认证时间,然而材料认证时间仅依赖于实验程序。从全球范围来看,以数字形式进行材料定义和认证来满足平台要求的方法成为一种趋势。这种方法可以过用高级仿真取代手工测试来降低新材料的成本和开发时间。本文提出并加以描述一个全面的仿真方法。此方法能够定义一个完整的测试矩阵,以便生成给定材料系统的B基准许用值。该方法的实施必须考虑几个方面。第一个方面涉及材料建模以及强度和失效行为。这种建模方式结合了通过平均场均质化推导出的细观力学模型与从材料本构和微观结构描述和渐进失效中得出非线性复合属性。第二个方面考虑需要定义的测试矩阵,此方面可以涵盖铺层定义、待仿真测试类型和环境条件。有限元模型将按照相应条件生成。最后一个方面考虑了在不确定性定量方法下由参数分散度导致的材料敏感性。平均场均质化提供了一种方法,用于从材料属性(硬度和强度组成特性)、制造过程(纤维分数、空隙)和测试条件的变化(纤维方向不对中)来研究复合材料分散度的来源。具体的复合材料试片示例将说明此流程,可以在UD或woven增强聚合物的完整虚拟测试后生成B基准许用值。该过程完全集成于DIGIMAT软件包中。