一种复合材料层合板压缩强度分析方法和系统与流程

本技术属于飞机复合材料结构强度分析，特别涉及一种复合材料层合板压缩强度分析方法和系统。

背景技术：

1、当前航空领域大规模采取复合材料层合板作为承力结构，但是复合材料层合板结构在受到诸如跑道碎石、冰雹等低速冲击损伤时，尽管外表难以观测到明显的损伤区域，但力学性能却产生了巨大影响，实际的压缩强度可能降到无损状态的40％甚至更低。准确评估冲击损伤对复合材料层合板结构性能的影响，对飞机结构的使用安全性有着重要作用。

2、应用有限元方法可以得到较为精确的计算结果，但有限元法需要输入冲击能量的大小，而在飞机实际外场使用环境中，冲击物的大小、速度等往往无法获得，即无法获得冲击能量的大小。同时有限元法对网格密度、边界条件的选取依赖度较高，不同设计人员得到的计算结果差异较大，采用有限元法来评估含冲击损伤的复合材料层合板的剩余强度存在很多的制约与困难。

3、因此，在飞机设计中，需要一种工程上可用的复合材料层合板压缩强度分析方法进行强度计算。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供了一种复合材料层合板压缩强度分析方法和系统，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

2、本技术的技术方案是：一种复合材料层合板压缩强度分析方法，包括：

3、获取含冲击损伤的复合材料层合板无损检测图像，并提取所述复合材料层合板无损检测图像中的损伤区域；

4、基于所述复合材料层合板无损检测图像中损伤区域的几何距及几何中心距，以损伤区域的质心为中心，将损伤区域的不规则形状转化为等效的椭圆；

5、以复合材料层合板中0°铺层的平均应力达到强度极限作为复合材料层合板整体失效的破坏判断条件，确定含椭圆形状开孔的复合材料层合板的剩余强度表达式，将复合材料层合板无损检测图像中的冲击损伤区域等效的椭圆视为椭圆开孔损伤，结合复合材料层合板剩余强度表达式得到复合材料层合板冲击后的压缩强度值。

6、在本技术优选实施方式中，提取所述复合材料层合板无损检测图像中的损伤区域的过程为：

7、将复合材料无损检测图像转化为多级的灰度图像，将损伤区域的像素点灰度值设置为第一值，将未损伤区域的像素点灰度值第二值，所述第一值与第二值能够使损伤区域与未损伤区域产生明显区分，从而将损伤区域从复合材料无损检测图像中分离出来。

8、在本技术优选实施方式中，所述等效的椭圆中心坐标、方向角、长半轴长、短半轴长满足如下：

9、所述等效的椭圆中心坐标为

10、所述等效的椭圆主轴的方向角

11、长半轴长

12、短半轴长

13、式中，mpq、μpq(p,q＝0,1,2)分别为图像的几何矩和几何中心距。

14、在本技术优选实施方式中，所述复合材料层合板整体失效的破坏判断条件表达式为：

15、

16、式中，l0为0°铺层中从椭圆开孔边缘开始沿着垂直于加载方向的距离，l0为只与材料体系有关的特征系数，由工程经验得出；

17、xc为材料体系下的单向板压缩极限强度；

18、为复合材料层合板0°铺层的应力分布。

19、在本技术优选实施方式中，所述含椭圆形状开孔的复合材料层合板的剩余强度表达式为：

20、

21、式中，x为单层板轴向压缩破坏强度；

22、y为有限板宽修正系数；

23、α1、α2、α3分别为层合板常数，定义如下；

24、α1＝q11a11+q12a12

25、α2＝q11a12+q12a22

26、α3＝q11a16+q12a26

27、f1、f2、f3定义如下；

28、

29、另一方面，本技术提供的技术方案是：一种复合材料层合板压缩强度分析系统，包括：

30、图像提取模块，用于获取含冲击损伤的复合材料层合板无损检测图像，并提取所述复合材料层合板无损检测图像中的损伤区域；

31、损失转换模块，基于所述复合材料层合板无损检测图像中损伤区域的几何距及几何中心距，以损伤区域的质心为中心，将损伤区域的不规则形状转化为等效的椭圆；

32、损失处理模块，以复合材料层合板中0°铺层的平均应力达到强度极限作为复合材料层合板整体失效的破坏判断条件，确定含椭圆形状开孔的复合材料层合板的剩余强度表达式，将复合材料层合板无损检测图像中的冲击损伤区域等效的椭圆视为椭圆开孔损伤，结合复合材料层合板剩余强度表达式得到复合材料层合板冲击后的压缩强度值。

33、在本技术优选实施方式中，所述图像提取模块获取提取所述复合材料层合板无损检测图像中的损伤区域的过程为：

34、将复合材料无损检测图像转化为多级的灰度图像，将损伤区域的像素点灰度值设置为第一值，将未损伤区域的像素点灰度值第二值，所述第一值与第二值能够使损伤区域与未损伤区域产生明显区分，从而将损伤区域从复合材料无损检测图像中分离出来。

35、在本技术优选实施方式中，所述等效的椭圆中心坐标、方向角、长半轴长、短半轴长满足如下：

36、所述等效的椭圆中心坐标为

37、所述等效的椭圆主轴的方向角

38、长半轴长

39、短半轴长

40、式中，mpq、μpq(p,q＝0,1,2)分别为图像的几何矩和几何中心距。

41、在本技术优选实施方式中，所述复合材料层合板整体失效的破坏判断条件表达式为：

42、

43、式中，l0为0°铺层中从椭圆开孔边缘开始沿着垂直于加载方向的距离，l0为只与材料体系有关的特征系数，由工程经验得出；

44、xc为材料体系下的单向板轴向压缩极限强度；

45、为复合材料层合板0°铺层的应力分布。

46、在本技术优选实施方式中，所述含椭圆形状开孔的复合材料层合板的剩余强度表达式为：

47、

48、式中，x为单层板轴向压缩破坏强度；

49、y为有限板宽修正系数；

50、α1、α2、α3分别为层压板常数，定义如下；

51、α1＝q11a11+q12a12

52、α2＝q11a12+q12a22

53、α3＝q11a16+q12a26

54、f1、f2、f3定义如下：

55、

56、第三方面，本技术提供的技术方案是：一种电子设备，包括：

57、一个或多个处理器；

58、存储器；

59、一个或多个应用程序，所述一个或多个应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个应用程序被配置用于：

60、实现如上中任一项所述的复合材料层合板压缩强度分析方法。

61、最后一个方面，本技术提供的技术方案是：一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如上中任一项所述的复合材料层合板压缩强度分析方法。

62、本技术提供的复合材料层合板压缩强度分析方法针对含冲击损伤的复合材料层合板剩余强度的评估问题，提出了一种基于无损检测图像的方法，本技术的方法无需知道冲击能量的大小，该方法计算高效、快捷，可以为飞机设计和维护人员评估复合材料结构冲击损伤提供准确的数据依撑，保证现代飞机结构的安全性。