基于光纤光栅的软膜-复合材料相互作用分析方法及装置

本发明涉及复合材料，特别涉及一种基于光纤光栅的软膜-复合材料相互作用分析方法及装置。

背景技术：

1、复合材料被广泛应用于航天器中，尤其是复合材料网格结构，更是作为航天器的主承力结构。而网格结构通常需要使用软模进行固化，软模具有优良的热稳定性、良好的耐久性及成模方便等优点。但是，由于软膜的热膨胀系数较高，因此，在利用软膜生成复合材料网格结构时，尤其是复合材料脱粘阶段，软膜与复合材料之间的界面处会产生较大的剪应力。

2、由于剪应力的存在会影响复合材料网格结构筋条的截面形状，因此，为了准确仿真筋条的截面尺寸，在利用有限元模型分析软膜与复合材料之间的相互作用时，需要将脱粘阶段软膜与复合材料界面间的剪应力作为有限元模型的输入。

3、因此，目前亟待需要一种基于光纤光栅的软膜-复合材料相互作用分析方法及装置来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种基于光纤光栅的软膜-复合材料相互作用分析方法及装置，可以准确确定脱粘阶段软膜与复合材料界面间的剪应力场，提高软膜与复合材料之间相互作用的计算精度。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于光纤光栅的软膜-复合材料相互作用分析方法，包括：

3、基于多根光纤光栅的测量数据，分别确定目标复合材料脱粘时，不同厚度处目标软膜与目标复合材料界面间的最大剪应力和最小剪应力；每根所述光纤光栅分别平行地埋置于所述目标软膜的不同厚度处，以用于测量所述目标软膜在相应厚度处的正应变；

4、将每个所述最大剪应力和每个所述最小剪应力进行组合，得到所述目标复合材料脱粘时，所述目标软膜和所述目标复合材料界面间的剪应力场；

5、将所述剪应力场作为预先构建的有限元模型的输入，以利用所述有限元模型计算所述目标软膜与所述目标复合材料之间的相互作用。

6、第二方面，本发明实施例还提供了一种基于光纤光栅的软膜-复合材料相互作用分析装置，包括：

7、确定单元，用于基于多根光纤光栅的测量数据，分别确定不同厚度处目标软膜与目标复合材料界面间的最大剪应力和最小剪应力；每根所述光纤光栅分别平行地埋置于所述目标软膜的不同厚度处，以用于测量所述目标软膜在相应厚度处的正应变；

8、组合单元，用于将每个所述最大剪应力和每个所述最小剪应力进行组合，得到所述目标软膜和所述目标复合材料界面间的剪应力场；

9、计算单元，用于将所述剪应力场作为预先构建的有限元模型的输入，以利用所述有限元模型计算所述目标软膜与所述目标复合材料之间的相互作用。

10、第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的方法。

11、第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的方法。

12、本发明实施例提供了一种基于光纤光栅的软膜-复合材料相互作用分析方法及装置。通过沿目标软膜的厚度方向依次埋设多根光纤光栅，可以利用每根光纤光栅的测量数据计算复合材料脱粘阶段，不同厚度处目标软膜和目标复合材料界面间的最大剪应力和最小剪应力。然后将计算出的各个最大剪应力和最小剪应力进行组合，可以准确确定沿厚度方向，软膜与复合材料界面间的剪应力场。将该剪应力场作为有限元模型的输入，可以提高有限元模型的准确性，进而提高软膜与复合材料之间相互作用的计算精度。

技术特征：

1.一种基于光纤光栅的软膜-复合材料相互作用分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，沿所述目标软膜的长度方向上，每根所述光纤光栅上均设置有多个测点；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述正应变峰值、所述正应变谷值、该厚度处光纤光栅所在位置距离所述目标软膜厚度方向顶面的距离、所述目标软膜的模量，确定该厚度处目标软膜与目标复合材料界面间的最大剪应力，是通过如下公式计算得到的：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述该厚度处光纤光栅所在位置距离所述目标软膜厚度方向顶面的距离、所述目标软膜的模量以及该厚度处所述目标软膜与所述目标复合材料界面间的滑动应变率，确定该厚度处目标软膜与目标复合材料界面间的最小剪应力，是通过如下公式计算得到的：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述滑动应变率是通过拟合该厚度处所述光纤光栅在不同测点处测得的正应变与位置的斜率得到。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每根所述光纤光栅分别沿所述目标软膜的厚度方向等间隔分布。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先构建的有限元模型是基于所述目标软膜、所述目标复合材料以及预设的等效材料构建的，所述等效材料用于模拟利用所述目标软膜生成所述目标复合材料网格结构时所需的工艺间隙。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述等效材料的参数包括材料厚度、模量和热膨胀系数；

9.一种基于光纤光栅的软膜-复合材料相互作用分析装置，其特征在于，包括：

10.一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-8中任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种基于光纤光栅的软膜‑复合材料相互作用分析方法及装置。方法包括：基于多根光纤光栅的测量数据，分别确定目标复合材料脱粘时，不同厚度处目标软膜与目标复合材料界面间的最大剪应力和最小剪应力；每根光纤光栅分别平行地埋置于目标软膜的不同厚度处，以测量目标软膜在相应厚度处的正应变；将每个最大剪应力和最小剪应力进行组合，得到脱粘时目标软膜和目标复合材料界面间的剪应力场；将剪应力场作为预先构建的有限元模型的输入，以利用有限元模型计算目标软膜与目标复合材料之间的相互作用。本申请，可以准确确定脱粘阶段软膜与复合材料界面间的剪应力场，提高软膜与复合材料之间相互作用的计算精度。

技术研发人员：叶金蕊,刘凯,孟波,刘振东
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21