将点云失效准则融入正交各向异性粘弹塑性材料模型

摘要整理

为改进正交各向异性结构复合材料在准静态和冲击载荷下的失效预测，开发了一种新型失效准则。该准则采用多尺度建模方案，结合虚拟测试和实验室测试，在应力/应变空间中构建点云失效面，替代传统的解析表达式。在微观尺度，利用复合材料的本构组分建立代表性体积单元（RVE），对其施加多轴应力状态直至检测到首次失效。采用体积均质化方案获得对应的介观尺度性能参数，用于介观或结构尺度分析。在有限元分析中，利用k-近邻（k-NN）分类方法查询点云数据，判断单元当前应力状态是否位于失效面内外。失效准则作为失效子模型集成于显式有限元程序中。以单向复合材料为代表，采用薄壳有限元对两类结构系统进行验证：（1）层叠铺层试件在准静态、室温条件下的拉伸和压缩加载；（2）平板结构在冲击载荷下的响应。数值结果与实验结果吻合良好，相比现有失效模型预测精度显著提高。所开发的多尺度点云概念具有良好的应用前景，该框架可扩展应用于多种复合材料构型。

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