本发明属于飞机结构建模，尤其是涉及一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法。
背景技术：
1、机械连接普遍应用于复合材料结构连接。在航空航天结构中通常采用的机械连接接头包含紧固件和加工孔上的公差，因此需要了解紧固件和孔之间的公差对机械紧固接头的强度和疲劳寿命的影响。如果考虑建立螺栓紧固件的真实结构，将会显著增加计算成本。常用的螺栓紧固件建模的简化方法有mpc法、梁元法、弹簧元法、fastener单元法等，无法同时考虑公差配合和模拟孔周应力分布，也没有同时考虑不同材料的损伤破坏。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中上述问题的不足之处，提出一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法，通过对梁元耦合刚性面方法(gbjm方法)模拟螺栓紧固件进行改进，模拟工程应用中层合板为间隙配合、金属板为过盈配合的实际状况，共同考虑复合材料层合板和金属板的孔周应力分布及损伤失效，确定混合搭接结构的失效模式和破坏载荷，为工程实践提供参考。
2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
3、本发明第一方面提供了一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法，包括：
4、建立混合搭接结构的有限元模型，在螺栓位置通过改进梁元耦合刚性面方法模拟螺栓紧固件；
5、在复合材料层合板和螺栓紧固件之间建立间隙配合关系，在金属板和螺栓紧固件之间建立过盈配合关系；
6、获得施加载荷点的载荷-位移曲线；
7、分别获得复合材料层合板和金属板的接触力、孔周应力和损伤模式。
8、进一步的，所述建立混合搭接结构的有限元模型，在螺栓位置通过改进梁元耦合刚性面方法模拟螺栓紧固件包括：
9、建立复合材料层合板和金属板壳模型，用于模拟螺栓紧固件的梁元模型和刚性圆柱壳模型，确定各部件连接位置，对结构各组件进行装配。
10、进一步的，所述建立混合搭接结构的有限元模型，在螺栓位置通过改进梁元耦合刚性面方法模拟螺栓紧固件还包括：
11、用一个刚性圆柱壳和一个梁元模拟螺栓紧固件，刚性圆柱壳的参考点和梁元耦合；
12、定义梁元为圆形截面，材料与螺栓紧固件相同，刚体圆柱壳则不需要赋予材料属性。
13、进一步的，所述建立混合搭接结构的有限元模型，在螺栓位置通过改进梁元耦合刚性面方法模拟螺栓紧固件还包括：
14、对材料赋予材料属性；
15、将梁元端点分别与复合材料层合板和金属板螺栓孔的孔边节点在z方向及绕x轴和y轴的旋转自由度进行耦合；
16、创建接触，施加位移边界条件和载荷边界条件；
17、用abaqus/explicit进行计算。
18、进一步的，所述在复合材料层合板和螺栓紧固件之间建立间隙配合关系，在金属板和螺栓紧固件之间建立过盈配合关系还包括：
19、梁元直径和螺栓紧固件相同，确定螺栓轴孔间隙系数，复合材料层合板螺栓孔直径大于梁元直径，金属板螺栓孔直径小于梁元直径。
20、进一步的，获得施加载荷点的载荷-位移曲线，确定复合材料与金属材料混合搭接结构极限失效载荷。
21、进一步的，所述分别获得复合材料层合板和金属板的接触力、孔周应力和损伤模式包括：
22、输出接触力从而在多钉连接时获得钉载分配比例；
23、分别用abaqus自带的二维hashin准则、ductile延性损伤准则确定层合板和金属板的损伤模式；
24、确定应力集中区域，对有限元模型验证计算。
25、本发明第二方面提供了一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模装置，包括：
26、第一模块，用于建立混合搭接结构的有限元模型，在螺栓位置通过改进梁元耦合刚性面方法模拟螺栓紧固件；
27、第二模块，用于在复合材料层合板和螺栓紧固件之间建立间隙配合关系，在金属板和螺栓紧固件之间建立过盈配合关系；
28、第三模块，用于获得施加载荷点的载荷-位移曲线；
29、第四模块，用于分别获得复合材料层合板和金属板的接触力、孔周应力和损伤模式。
30、本发明第三方面提供了一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，所述处理器用于执行上述的一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法。
31、本发明第四方面提供了一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法。
32、相对于现有技术，本发明所述的一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法具有以下优势：
33、本发明改进了梁元耦合刚性面方法(gbjm方法)模拟螺栓紧固件方法，提高混合搭接结构仿真计算效率；在已有基础上可以共同考虑复合材料层合板和金属板的损伤失效，并且可以获得孔周应力分布；模拟了工程应用中层合板为间隙配合、金属板为过盈配合的实际状况。
1.一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法，其特征在于：所述建立混合搭接结构的有限元模型，在螺栓位置通过改进梁元耦合刚性面方法模拟螺栓紧固件包括：
3.根据权利要求2所述的一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法，其特征在于：所述建立混合搭接结构的有限元模型，在螺栓位置通过改进梁元耦合刚性面方法模拟螺栓紧固件还包括：
4.根据权利要求3所述的一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法，其特征在于：所述建立混合搭接结构的有限元模型，在螺栓位置通过改进梁元耦合刚性面方法模拟螺栓紧固件还包括：
5.根据权利要求1所述的一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法，其特征在于：所述在复合材料层合板和螺栓紧固件之间建立间隙配合关系，在金属板和螺栓紧固件之间建立过盈配合关系还包括：
6.根据权利要求1所述的一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法，其特征在于：获得施加载荷点的载荷-位移曲线，确定复合材料与金属材料混合搭接结构极限失效载荷。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法，其特征在于：所述分别获得复合材料层合板和金属板的接触力、孔周应力和损伤模式包括：
8.一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模装置，其特征在于：包括：
9.一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，其特征在于：所述处理器用于执行上述权利要求1-7任一所述的一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法。
10.一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的一种复合材料与金属材料混合搭接结构建模方法。