本发明涉及一种复合材料结构的寿命评估方法，具体涉及一种用于内含阻尼复合材料结构的寿命评估方法。
背景技术：
1、内含阻尼层复合材料在阻尼减振领域有着广泛的应用，但阻尼层在固化时由于工艺等原因经常产生阻尼层与复合材料基层之间的脱粘缺陷，这种缺陷的存在一方面影响了结构的阻尼减振性能，一方面也使其在长期贮存过程中发生脱粘扩展引起失效。因此需要一种方法对其寿命进行定量预测和评估，以保证在结构服役期内满足阻尼减振要求。
2、现有方法对内含阻尼复合材料一般都是在产品设计阶段给出产品的预估寿命，在相关产品交付用户后，结构发生损伤或其他变化时对寿命评估无法进行，甚至对于产品是否满足当前使用要求也缺乏判据。
技术实现思路
1、鉴于现有方法存在的上述问题，本发明提供了一种用于内含阻尼复合材料结构的寿命评估方法，通过输入缺陷的位置及大小信息参数后实现对内含阻尼层复合材料的寿命评估和预测。
2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
3、一种用于内含阻尼复合材料结构的寿命评估方法，包括如下步骤：
4、步骤一、构建内含阻尼复合材料结构的动力学模型
5、内含阻尼复合材料结构由上约束层、阻尼层、下约束层构成，为了得到结构的振动方程，做出如下假设：
6、(1)嵌入的阻尼层与上约束层和下约束层的粘结良好，层间变形连续，振动过程中不发生滑移；
7、(2)结构变形前后，垂直于梁面的同一法线上的各点沿厚度方向的位移变化忽略不计；
8、(3)脱粘区域阻尼层与下约束层或上约束层的粘接良好，与上约束层或下约束层完全脱离；
9、内含阻尼复合材料结构的振动方程为：
10、关于上约束层沿坐标轴位移的振动方程：
11、
12、关于下约束层沿坐标轴位移的振动方程：
13、
14、
15、关于各层沿垂直于坐标轴方向位移的振动方程：
16、
17、关于上约束层转动角度的振动方程：
18、
19、关于下约束层转动角度的振动方程：
20、
21、
22、公式中，上、下标i取值1、2和3，分别表示上约束层、阻尼层以及下约束层，ρi代表第i层密度，ui为第i层与时间相关的中性面的纵向位移，w为各层与时间相关的横向位移，下标值i,x表示第i层关于坐标x的偏导值，下标值i,xx表示第i层关于坐标x的二阶偏导值，下标值i,xx表示第i层关于坐标x的对应值，αi表示第i层法线相对于x轴的转角，hi表示第i层的厚度，z(i)为z方向坐标；
23、并且：
24、
25、式中：和是第i层的偏轴刚度系数；
26、对于两端固支边界条件，提出用以下形式表示振型函数：
27、
28、式中：um，wm，为阵型函数，x为坐标值，a为结构总长度；
29、将运动控制方程转化为特征值问题，得到如下特征方程：
30、kx＝m(ω*)x
31、式中：k表示整体刚度矩阵，m表示整体质量矩阵，ω*表示圆频率，u1，u3，w，和为系数，结构的模态固有振动频率ω和损耗因子η的计算公式为：
32、
33、步骤二、动力学模型建立完成后，通过输入时间相关的材料参数，开展寿命评估及预测，具体步骤如下：
34、步骤二一、通过复合材料及阻尼层的弹性模量、阻尼比，拟合出时间相关的材料属性关系；
35、步骤二二、当输入当前时间段的弹性模量、阻尼比时，评估实时的结构性能，根据获得的性能参数与产品的许用损耗因子或强度进行余量评估，预测剩余寿命，具体预测方法如下：
36、当产品为非缺陷结构时：
37、(1)按照损耗因子计算公式进行计算，评估当前产品的动力学性能状态，并根据组成产品材料的老化性能曲线选择当前时段的材料属性，代入模态固有振动频率和损耗因子计算公式中进行积分，求解出当前时段的结构动力学性能指标，包括模态固有振动频率和损耗因子；
38、(2)当使用外推的若干年后的材料属性，代入模态固有振动频率和损耗因子计算公式中进行积分求解出若干年后结构的质量矩阵和刚度矩阵形式，对若干年后的结构动力学性能进行评估，与极限指标进行比对，形成寿命容限的判断及剩余寿命的估计；
39、当试件产生缺陷时：
40、(1)缺陷位置由约束阻尼状态变为自由阻尼状态，自由阻尼状态下层内剪切变形为零，此时利用特征方程进行计算m及k时，通过探测脱粘位置及尺寸，如果通过探伤探测出缺陷位置时，缺陷相对于坐标原点的起始位置为x1，缺陷的长度为δx时，对坐标进行分部积分，从0→x1，(x1+δx)→a进行积分，去掉脱粘区域阻尼层对整体结构的损耗因子贡献，此时根据组成产品材料的老化性能曲线选择当前时段的材料属性，代入m及k矩阵元素的求解公式中进行积分，求解出当前时段的结构质量矩阵和刚度矩阵形式，进而求解出当前时段的结构动力学性能指标，包括模态固有振动频率和损耗因子，对当前寿命情况进行评估；
41、(2)使用外推的若干年后的材料属性，代入m及k矩阵元素的求解公式中进行积分求解出若干年后结构的质量矩阵和刚度矩阵形式，对若干年后的内含缺陷的复合材料结构动力学性能进行评估，与极限指标进行比对，形成寿命容限的判断及剩余寿命的估计；
42、步骤二三、按照寿命区间边界，按照损耗因子计算公式直接评估产品性能参数。
43、相比于现有技术，本发明具有如下优点：
44、通过利用本发明的寿命评估方法，可以根据产品现行结构状态进行实时定量评估，不仅能够评估产品目前的动力学性能，也能评估产品若干时间段后的动力学性能，为系统产品的使用提供了定量的寿命依据。
1.一种用于内含阻尼复合材料结构的寿命评估方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于内含阻尼复合材料结构的寿命评估方法，其特征在于所述步骤一中，-hi/2≤z(i)≤hi/2。
3.根据权利要求1所述的用于内含阻尼复合材料结构的寿命评估方法，其特征在于所述步骤一中，和表达式为：
4.根据权利要求3所述的用于内含阻尼复合材料结构的寿命评估方法，其特征在于所述q11(i)、q12(i)、q22(i)、q44(i)、q55(i)和q66(i)表示为：
5.根据权利要求1所述的用于内含阻尼复合材料结构的寿命评估方法，其特征在于所述步骤一中，k为：
6.根据权利要求1所述的用于内含阻尼复合材料结构的寿命评估方法，其特征在于所述步骤一中，m为：
7.根据权利要求1所述的用于内含阻尼复合材料结构的寿命评估方法，其特征在于所述步骤二二的具体预测方法如下：
