本公开一般地涉及计算机设备，并且具体地涉及被配置为通过对复合材料与载具的结构组件之间的界面上的初始应力和后续应力的效应进行建模来预测该界面中的裂纹的计算机设备。
背景技术：
航空航天工业在设计并构建结构或载具时利用承载组件来增加其强度和稳定性。考虑例如飞行器的结构框架。飞行器的机身通常包括称作“桁条”的复合承载组件，所述“桁条”沿着机身的长度纵向地延伸。通常，桁条包括凸缘、腹板和盖(也称为桁条“帽”)，并且连接到基础装料或者直接地连接到飞行器的蒙皮。飞行器的机翼还包括在从机翼的“根部”(在那里它附接到机身)到机翼的翼尖的结构肋之间延伸的“桁条”。然而，不管其到飞行器的特定布置和附接如何，桁条都将作用于飞机的“蒙皮”上的载荷传递到飞机的框架，同时还向机体提供强度和刚度。
复合桁条可具有各种尺寸和轮廓，诸如通常称为“i”、“l”、“叶片”和“c”轮廓的那些。然而，时常地，桁条的轮廓可导致在桁条的基部和盖之间的接缝处产生空隙。这些空隙可不合意地使桁条与飞行器的结构框架之间的界面变弱。因此，由复合或粘合材料组成的“椽条”(例如，填料)被插入到空隙中以帮助加强界面。
技术实现要素：
本公开的各方面涉及一种装置、一种对应的方法和一种对应的非暂时性计算机可读介质，该装置、该对应的方法和该对应的非暂时性计算机可读介质被配置为生成计算机模型，该计算机模型预测设置在连接界面处的填料材料(例如，“椽条”)中的多个裂纹的渐进产生、密度和间距，该连接界面存在于载具的承载复合结构组件与载具的结构框架之间。
在一个方面中，一种计算机被配置为确定复合组件之间的连接界面中的渐进破裂。所述计算机包括通信接口电路和处理电路。所述通信接口电路被配置为经由通信网络向远程设备传送数据。所述处理电路在操作时连接到所述通信接口电路，并且被配置为：计算针对第一复合组件与第二复合组件之间的连接界面中的预测裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹之间的平均间距；根据所述间距要求和要施加于所述连接界面的一个或更多个载荷来生成所述连接界面的计算机模型，其中，所述计算机模型指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂；并且为用户输出所述计算机模型。
在一个方面中，所述处理电路还被配置为生成所述计算机模型以指示所述连接界面中的所述预测裂纹的密度。
在一个方面中，所述处理电路还被配置为生成图式地指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂的所述计算机模型的视觉表示，并且为用户将所述计算机模型的所述视觉表示输出到显示设备。
在一个方面中，所述处理电路被配置为将所述计算机模型作为输入输出到在计算设备上执行的有限元方法(fem)功能中。
在此类方面中，所述处理电路还被配置为基于所述计算机模型来更新所述fem功能的网格。
在一个方面中，为了确定所述裂纹密度要求，所述处理电路被配置为确定针对所述连接界面中的所述预测裂纹的密度要求，其中，所述密度要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹的数量，并且基于所述密度要求来计算所述间距要求。
在此类方面中，所述处理电路还被配置为基于在固化过程期间施加于所述连接界面的残余应力来计算所述间距要求。
在一个方面中，所述连接界面包括具有层间剪切(ils)强度的填料材料。在这些方面中，所述处理电路被配置为根据所述填料材料的所述ils强度来生成所述计算机模型。
在这些方面中，所述处理电路被配置为将所述连接界面的所述计算机模型中的所述预测裂纹的所述密度与基线裂纹密度相比较，响应于确定所述预测裂纹的所述密度与所述基线裂纹密度不匹配而修改所述填料材料的所述ils强度，并且基于所述填料材料的经修改的ils强度来生成所述连接界面的更新计算机模型。所述更新计算机模型根据所述填料材料的经修改的ils强度来指示所述连接界面中的所述预测裂纹的布置和密度。
在另一方面中，本公开提供一种用于确定复合组件之间的连接界面中的渐进破裂的对应的方法。在这些方面中，所述方法包括：计算针对第一复合组件与第二复合组件之间的连接界面中的预测裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹之间的平均间距；根据所述间距要求和要施加于所述连接界面的一个或更多个载荷来生成所述连接界面的计算机模型，其中，所述计算机模型指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂；以及为用户输出所述计算机模型。
在一个方面中，所述计算机模型还指示所述连接界面中的所述预测裂纹的密度。
在一个方面中，为用户输出所述计算机模型包括为用户向显示器输出所述计算机模型的视觉表示。所述计算机模型的所述视觉表示图式地指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂。
在一个方面中，为用户输出所述计算机模型包括将所述计算机模型作为输入输出到在计算设备上执行的有限元方法(fem)功能中。
在一个方面中，所述方法还包括基于所述计算机模型来更新所述fem功能的网格。
在此类方面中，确定针对所述预测裂纹的间距要求包括：确定针对所述连接界面中的所述预测裂纹的密度要求，其中，所述密度要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹的数量；以及基于所述密度要求来计算所述间距要求。
在一个方面中，所述方法还包括基于在固化过程期间施加于所述连接界面上的残余应力来计算所述间距要求。
在一个方面中，所述连接界面包括具有层间剪切(ils)强度的填料材料。在这些方面中，生成所述连接界面的所述计算机模型还包括根据所述填料材料的所述ils强度来生成所述计算机模型。
在一个方面中，所述方法还包括：将所述连接界面的所述计算机模型中的所述预测裂纹的所述密度与基线裂纹密度相比较；响应于确定所述预测裂纹的所述密度与所述基线裂纹密度不匹配而修改所述填料材料的所述ils强度；以及根据所述填料材料的经修改ils强度来生成所述连接界面的更新计算机模型，其中，所述更新计算机模型根据所述填料材料的经修改的ils强度来指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂和所述连接界面中的所述预测裂纹的所述密度。
在一个方面中，要施加于所述连接界面的所述一个或更多个载荷中的至少一个包括在固化过程中施加于所述连接界面上的残余应力和施加于所述连接界面上的机械载荷中的一者或两者。
在一个方面中，本公开还提供一种对应的非暂时性计算机可读介质，该对应的非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的指令，所述指令当由计算设备的处理电路执行时，将所述计算设备配置为：计算针对第一复合组件与第二复合组件之间的连接界面中的预测裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹之间的平均间距；根据所述间距要求和要施加于所述连接界面的一个或更多个载荷来生成所述连接界面的计算机模型，其中，所述计算机模型指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂和所述连接界面中的所述预测裂纹的密度；并且为用户输出所述计算机模型。
附图说明
本公开的各方面通过示例来例示而不受附图限制，附图中相似的附图标记指示相似的元件。
图1a和图1b例示了根据本公开的一个方面的附接到载具的结构框架的一些示例复合桁条以及插入到复合桁条与结构框架之间的空隙区域中的复合填料材料的横截面。
图2例示了附接到载具的结构框架的桁条的横截面视图，其中在桁条与结构框架之间有分层分离。
图3a是例示了根据本公开的一个方面的插入到复合桁条与载具的结构框架之间的空隙区域中的复合填料材料(例如，“椽条”)的横截面的放大视图。
图3b是例示了根据本公开的一个方面的插入到具有非对称几何形状的复合桁条与载具的结构框架之间的空隙区域中的粘合填料材料(例如，“椽条”)的横截面的放大视图。
图4是例示了根据本公开的一个方面的用于对设置在复合桁条与载具的结构框架之间的空隙区域中的复合填料材料中的渐进破裂进行建模的方法的流程图。
图5是例示了根据本公开的一个方面的用于计算针对复合填料材料中的预测裂纹的间距要求的方法的流程图。
图6是例示了根据本公开的一个方面的用于生成包括复合填料材料的连接界面的计算机模型的方法的流程图。
图7是例示了根据本公开的一个方面的被配置为确定复合填料材料中的渐进破裂的计算设备的一些组件的示意框图。
图8是例示了根据本公开的一个或更多个方面的示例处理电路的框图。
图9是例示了根据本公开的一个或更多个方面的用于确定第一复合结构组件与第二复合结构组件之间的连接界面中的渐进破裂的方法的流程图。
图10是例示了根据本公开的一个方面的用于获得连接界面的样品的裂纹密度和裂纹间距信息的方法的流程图。
图11是例示了根据本公开的一个方面的用于输出与生成的计算机模型相关联的数据和信息的方法的流程图。
图12是例示了根据本公开的一个或更多个方面的示例处理电路的框图。
图13a和图13b是例示了根据本公开的一个或更多个方面的用于确定正交层压板中的渐进破裂并且在一些方面中确定那些裂纹的实际分布的方法的流程图。
图14是例示了针对图13a和图13b中计算出的渐进破裂值的一些示例实施方案的流程图。
图15是例示了根据本公开的一个或更多个方面的识别复合填料材料中的隐藏或嵌入裂纹的数量中的增强的曲线图。
图16a、图16b和图16c例示了根据本公开的一个或更多个方面的具有可被识别的嵌入裂纹的正交层压板的不同视图(即，分别为3d视图、侧视图、顶视图)。
图17是例示了根据本公开的一个或更多个方面的示例处理电路的框图。
图18例示了适合于与本公开的各方面一起使用的一些示例载具。
具体实施方式
本公开的各方面将计算机配置为对施加于例如设置在承载复合结构组件(例如，“桁条”和“翼梁”)和载具的结构框架的连接界面处的复合或粘合填料材料(诸如“椽条”)上的初始及残余应力和载荷的效应进行建模。通过对应力和载荷进行建模，本公开的各方面将计算机配置为预测作为此类应力和载荷的结果而可出现在此类填料材料中的裂纹的渐进产生、密度和间距。
更详细地，由于被施加于连接界面上的应力和载荷的量和类型，裂纹通常渐进地出现在连接界面处(例如，在椽条中)。应力特别包括在载具的制造期间由于固化过程而在连接界面处施加于填料材料上的初始应力和残余应力，以及随后被施加于填料材料和连接界面上的热应力和机械应力。一些示例性应力包括但不限于热应力，诸如由于固化过程而导致的残余应力和由于所关注环境处的温度载荷而导致的应力、由于所关注环境而导致的潮湿/湿生应力以及静态/疲劳应力，诸如由于机械载荷而导致的那些。
如先前陈述的，航空航天工业利用这些承载结构组件来增加结构或载具的强度和稳定性。考虑例如飞行器的机翼。当前机翼设计利用具有相对大横截面的复合桁条，其可在桁条与机翼的结构框架之间产生较大的“空隙”。进而，需要更大量的填料材料(例如，较大尺寸的椽条)来填充这些空隙。然而，由于在固化过程期间引发的残余应力，较大的椽条更容易破裂。已尝试了多种设计(例如，轧制单向、层压、粘合和分层)以便开发最优椽条设计。然而，仍有多个重大挑战。
仅作为示例，针对椽条(或插入到桁条与载具的结构框架之间的连接界面处的空隙中的其它类型的填料材料)的最优设计应该考虑以下各项的效应：
由于固化循环而在椽条上引发的残余热应力；
椽条的几何形状如何实现椽条和周围区域上的应力和载荷的集中；
施加于椽条与复合结构组件(例如，桁条)之间的连接界面处的界面剪切应力；
在椽条与复合结构组件(例如，桁条)之间的连接界面处的界面剪切强度(iss)；
在椽条与诸如桁条的复合结构之间的连接界面处的界面断裂韧性gc(即，发生断裂(诸如分层)的每单位界面面积的机械能量)；以及
椽条中的渐进破裂的特性(即，在椽条的初始破裂或损伤开始之后关于椽条中的后续破裂发生了什么)。
然而，用于分析椽条上的应力和载荷的常规方法基于一组有限的参数。因此，这些常规方法产生的结果类似地受限制而不像它们可能的一样精确。例如，常规方法基于固化循环期间假定的无应力温度来估计热应力的变化(αδt)。然后将由于载荷而导致的应力添加到椽条界面的有限元分析(fem)。然而，此方法在它可提供的信息的准确性方面受限制。特别地，在存在附加载荷(诸如热载荷和潮湿载荷)的情况下，不能准确地估计起始残余应力状态，或者不能捕获与椽条上的后续机械载荷相关联的相互作用/联接效应。
常规方法的另一缺点是它们仅很好地适用于某种类型的连接界面(即，桁条经由胶带材料连接到载具的结构框架的界面)处的材料填料。然而，现代载具(例如，飞行器)也在连接界面处利用其它填料材料。这些包括但不限于被插入在连接界面处产生的空隙中的椽条。在这些情况下，用于分析连接界面上的应力和载荷的效应的常规方法是不适当的。这些包括与“通用化复合结构”相关联的连接界面，所述“通用化复合结构”是航空航天工业朝向的设计方向。这种类型的连接界面被集成到载具的结构框架中，并且包括但不限于复合金属界面、带-织物界面、碳带-玻璃织物界面等。
此外，用于与当前建模技术(例如，fem/计算/高级渐进损伤和故障分析等)相关联的粘性元件的界面强度和韧性的输入基于当前工业标准。一个这种标准在“astmd3846-08(2015)standardtestmethodforin-planeshearstrengthofreinforcedplastics”中进行了详述。然而，其它标准包括但不限于通常称为astmd2344、astmd695和astmd6415/d6425m的标准。然而，不管标准如何，每个都用于获得粘性元件的单个强度值/性质。然而，全部都具有相同的问题。也就是说，此类输入使得模型能够仅考虑单个局部故障事件，例如，由于应力而在椽条中出现的初始裂纹。它们不会使得当前技术能够表征由于通常被施加于椽条上的初始应力和残余应力而在椽条中发生的渐进破裂。此外，当前不存在能够在存在实际材料载荷的情况下捕获这种渐进破裂的标准测试。
然而，本公开的各方面通过除了考虑被填料材料接合的材料、施加于连接界面上的环境和机械载荷以及连接界面的几何形状之外还考虑参数(诸如连接界面的物理特性)来准确地对椽条进行建模。更具体地，本公开的各方面将计算机配置为不仅预测椽条中的初始裂纹，而且预测多个裂纹是否将由于施加于椽条上并施加于椽条周围的区域上的各种不同的应力和载荷而渐进地出现在椽条中。附加地，本公开的各方面将计算机配置为预测椽条中的任何此类渐进裂纹的密度和间距，从而提供给定椽条的更精确模型。此模型然后可被输入到有限元方法(fem)分析中，并且/或者作为连接界面的视觉表示输出到显示设备。如此被通知，设计者和制造商能够以更加成本高效的方式设计并制造更强且更稳定的飞行器和其它载具，从而导致最终消费者的安全和信心增加。
现在转向附图，图1a和图1b例示了根据本公开的各方面的连接到飞行器的结构框架的一些示例性类型的桁条10。本领域普通技术人员应该理解的是，特定桁条的例示仅用于例示性目的。本公开的各方面同样地适合于对与其它类型的桁条相关联的连接界面以及与其它类型的复合结构组件(诸如翼梁)相关联的连接界面进行建模。
图1a例示了通常称为“i形桁条”一种类型的复合桁条10，然而图1b例示了通常称为“帽形桁条”的一种类型的复合桁条10。通常，桁条10可利用各种不同的技术中的任一种来制造，并且可以由本领域已知的任何材料组成。此类材料按需或视需要而定包括但不限于环氧树脂、芳纶(kevlar)、碳纤维和/或其它材料。然而，不管其特定类型、成分、轮廓或形状如何，桁条10都通常包括一个或更多个刚性复合结构构件12、14，并且在连接界面18处固定地附接到飞行器的结构框架16。
在图1a和图1b所例示的各方面中，可选的基础装料22设置在桁条10的结构构件12、14与结构框架16之间。基础装料是帮助增加损伤容限、制作和刚度的“填充”区域。通常，包括基础装料22的材料是包括与结构框架16附接的组件(例如，飞行器的“蒙皮”)的相同材料。然而，根据本公开，不需要基础装料22。在一些方面(诸如图2中看到的方面)中，不存在基础装料22。
在图1a和图1b中例示了各种类型的连接界面18。每个连接界面18当附接到飞行器的结构框架16时填充通过桁条10的结构构件12、14的几何形状所产生的空隙或凹槽。一种类型的连接界面18是椽条20并且包括被插入到空隙中的填料材料。另一类型的连接界面包括所称的设置在桁条10与结构框架16之间的“带”界面。当然，可以存在其它类型的连接界面18；然而，不管特定类型如何，连接界面18都加强并加劲飞行器的结构框架16。
如以上所陈述的，连接界面18既在制造期间且在制造之后经历各种应力和载荷。此类应力和载荷包括例如在固化过程期间经历的热应力，以及在固化过程之后和/或在飞行器在使用中的同时经历的应力和机械载荷。这种类型的应力和载荷是平凡的，但是是椽条20在连接界面18处的渐进破裂和故障的一个可能的原因。另外，一旦椽条20已破裂，用于飞行器的结构框架16就变弱。
图2例示了称为分层d的一种类型的裂纹。在这些类型的裂纹情况下，结构构件12与飞行器的底层结构框架16分离。图3a和图3b例示了可出现在椽条20中的其它类型的裂纹c。在这些类型的裂纹情况下，椽条20的结构受损，从而导致用于飞行器的结构框架16变弱。如图3a和图3b中看到的，给定裂纹c可出现在椽条20中的任何地方，并且此外，可延伸椽条20的整个宽度或长度，或者简单地在椽条20的长度内延伸。在许多情况下，椽条20中的裂纹c通常由于制造过程而发生，并且往往使对“起始”应力状态(即，椽条20的初始应力状态)的分析/理解变复杂。此外，不管椽条20是否包括复合材料(例如，如图3a中所看到的)或粘合材料(如图3b中所看到的)都可能出现裂纹c。不会一直跨越椽条20延伸的裂纹c通常被称为“隐藏裂纹”或“嵌入裂纹”。预测椽条中的裂纹的常规方法不能预测此类隐藏裂纹。然而，根据本方面配置的计算设备能够检测此类嵌入裂纹。因此，根据本方面配置的计算设备能够比常规方法更好地理解椽条20的起始应力状态，并且因此，被配置为提供比其常规计算设备更准确的分析。
图4是例示了根据本公开的一个方面的用于生成连接界面18的计算机模型的方法30的流程图。所生成的计算机模型预测由于先前描述的初始应力和残余应力而在连接界面18处导致的诸如椽条20的填料材料中的多个裂纹c的渐进产生、密度和间距。
如图4中看到的，方法30从计算针对第一复合组件与第二复合组件之间的连接界面中的预测裂纹的间距要求(框32)开始。在这方面，间距要求定义作为施加于椽条20上的初始应力和残余应力的结果而可能出现在椽条20中的预测裂纹之间的平均间距(例如，5mm)。在下面更详细地描述根据本公开的一个方面的用于计算间距要求的公式。然而，通常裂纹间距要求作为裂纹密度要求(另外在下面更详细地讨论)的一部分被计算。根据本公开的各方面，迭代地执行计算从而产生基准校准曲线的生成集并且尤其提供用于裂纹间距要求的值。
一旦间距要求已被确定，方法30就要求根据间距要求和要施加于连接界面的一个或更多个载荷来生成椽条20的计算机模型(框34)。在此特定方面中，计算机模型被生成为包括指示椽条20中的渐进破裂的信息。方法30然后要求为用户输出计算机模型(框36)。作为示例，在本公开的一个方面中向用户输出计算机模型包括生成例示预测裂纹的椽条20的视觉表示，并且将该视觉表示发送到显示设备，从而允许用户实际地查看在裂纹实际上发生之前被预测为在椽条20中发生的裂纹的可能的间距和密度。在另一方面中，所生成的计算机模型被用作连接界面的fem分析的输入。然而，不管特定输出如何，根据本方面生成的计算机模型都给用户提供对作为施加于椽条20上的初始及残余应力和载荷而可能在椽条20中发生的渐进破裂的更准确说明。如以上所陈述的这种准确性允许设计者和制造商以更加成本合算的方式制造更好的桁条、翼梁和填料材料。
本领域普通技术人员应该容易地理解的是，存在用于确定间距要求的不同方式。图5的方法40例示了一个这样的方法。特别地，方法40首先要求确定对于连接界面中的预测裂纹的“密度要求”(框42)。在本公开的上下文中，密度要求定义每单位面积的椽条20(或连接界面18处的其它填料材料)中的预测裂纹的数量(例如，每5mm10个裂纹)。方法40接下来确定是否在计算间距要求时将先前描述的残余应力包括在计算中(框44)。在一些方面中，此判定所基于的信息由用户提供。例如，用户可以经由用户界面指示是否将残余应力包括在计算中并且/或者将特定类型的残余应力包括在计算中。如果方法40确定不要在间距要求计算中包括残余应力，则在不考虑残余应力的效应的情况下根据密度要求来计算间距要求(框46)。然而，如果要包括残余应力，则方法40确定用于残余应力的值(框48)(例如，通过测量应力或者使用外部历史数据)，并且根据密度要求和残余应力两者来计算间距要求(框50)。
类似地，存在用于在计算间距要求时确定密度要求的不同方式。例如，本公开的一个方面利用针对表示例如用于椽条20的材料的简单正交层压板(包括0o和90o层片[0/90])的以下闭式解来计算裂纹密度要求。用于在简化水平级下表示椽条20的行为的正交层压板的其它扰动可以包括但不限于嵌入粘合剂、嵌入离轴层和任何形式的嵌入填料材料。对于当前正交配置，使用下式来计算0o层片中的轴向应力分布σ1x：
并且使用下式来计算90o层片中的轴向应力分布σ2x：
接触层片之间的剪切滞后关系α2通常被估计为相关剪切模量和层厚度的函数如下：
其中：
e1、e2是纵向模量和横向模量；
l＝裂纹间距，
h1、h2＝0°层和90°层的厚度
g12g23＝面内/层内剪切模量；以及
α2＝剪切滞后关系。
更详细地，本公开的这个方面在裂纹间距将是基本上均匀的假定下操作。基于此假定并使用以下公式，本公开的各方面将平均裂纹密度计算为针对σ2x的稍微大于f2t的值以及小于f2t的值的裂纹密度的均值。
其中λm是裂纹密度，并且其中ζ被计算如下：
应该注意的是，在这方面，等式(5)在计算中考虑残余应力
然后使用以上等式(2)来针对具有至少两个裂纹的椽条的段确定轴向应力分布σ2x：
然后，令
并且假定嵌入90°层响应于达到临界或最大强度极限而失效(即，破裂)，本公开的各方面可求解f2t：
然后：
如以上所陈述的，目标是根据样品长度和载荷迭代地计算裂纹间距。这为作为轴向载荷的函数的裂纹密度产生多个基准曲线。
应该注意的是，根据本公开令
图6是例示了根据本公开的一个方面的用于生成连接界面的计算机模型的方法60的流程图。方法60从确定对于连接界面中的预测裂纹的密度要求(例如，每5mm10个裂纹)(框62)开始。如先前所定义的，根据本公开的密度要求定义每单位面积的椽条20中的预测裂纹的数量。方法60然后将此确定的裂纹密度与基线裂纹密度相比较(框64)。
本领域普通技术人员将容易地理解的是，存在用于获得基线裂纹密度的各种方式。然而，在本公开的一个方面中，基线裂纹密度包括使用计算机断层摄影(ct)扫描所获得的一个或更多个数据值。特别地，在这些方面中，连接界面的物理样品被装载到扫描设备(例如，计算机轴向断层摄影(cat)机)中并扫描。物理样品可以是例如具有已经受先前描述的初始应力和残余应力的椽条20的实际连接界面18，并且因此，提供关于在椽条20中已发生的实际裂纹的“现实世界”数据。ct扫描的结果然后被处理成图像，使得用户或图像处理功能例如能够对椽条20中的实际裂纹的数量进行计数。然后将此数据作为与被扫描的特定类型的连接界面相关联的一个或更多个基线裂纹密度值存储在存储器(例如，数据库)中。此后，方法60可确定所关注连接界面18和/或椽条20的类型，并且将针对该特定连接界面18的椽条20计算出的裂纹密度值与存储在存储器中的对应的基线裂纹密度信息相比较。
如果方法60确定针对预测裂纹所确定的裂纹密度确切地或在可接受的阈值内与基线裂纹密度匹配(框64)，则方法60利用被测椽条20材料的层间剪切(ils)强度来生成连接界面的计算机模型(框68)。如本领域已知的，ils是指示存在于层压复合材料(诸如椽条20)的各层之间的最大剪切应力的值。所生成的计算机模型然后可用于生成连接界面的视觉表示并且/或者输入到基于fem的分析中以帮助制造商设计并构建更强、更鲁棒的连接界面。
然而，如果针对预测裂纹所确定的裂纹密度至少在预定义阈值量内与基线裂纹密度不匹配(框64)，则方法60修改椽条20材料的当前ils强度(框66)。可按需或视需要而定使用任何技术来执行ils修改，但是在一个方面中，每当在预定义阈值内所计算的裂纹密度与基线裂纹密度不匹配时，ils强度被迭代地增加了其当前值的10％。一旦裂纹密度匹配(框64)，方法60就生成连接界面18的计算机模型。在计算机模型已经被建模并且正在被更新的情况下，或者在正在基于修改的ils来生成计算机模型的情况下，方法60生成(框68)计算机模型作为更新计算机模型。
因此，本公开的各方面将计算设备配置为生成包括填料材料(诸如椽条20)的连接界面18的计算机模型，以预测在连接界面已经历一个或更多个初始应力和一个或更多个残余应力之后可能出现在椽条20中的多个裂纹的数量、间距和密度。如以上所陈述的，预测裂纹覆盖由于初始应力而出现在连接界面中的初始裂纹以及作为任何残余应力的结果而可能渐进地出现在连接界面中的一个或更多个后续裂纹两者。本公开的这种方法偏离常规建模工具的能力，所述常规建模工具不对特定连接界面的椽条中的渐进破裂进行建模，而是相反，仅能够对椽条中的初始裂纹进行建模。因此，本公开的各方面允许例如桁条、翼梁和飞行器的制造商和设计者在给定连接界面的物理样品的任何实际测试之前更准确地对该连接界面上的多个应力的效应进行建模。例如，这种改进的准确性节约金钱和时间，并且提高如下的效率，即，在该效率下，可设计、构建并分析连接界面以确保它们满足或者超过所定义的安全标准。
图7是例示了被配置成如先前描述的那样生成计算机模型的计算设备70的一些组件的示意框图。特别地，计算设备70包括处理电路72，该处理电路72通信地连接到存储一个或更多个控制程序76的存储器74、一个或更多个用户输入/输出设备78(例如，键盘、鼠标、一个或更多个显示设备等)以及通信电路80。
根据本公开的各个方面，处理电路72包括一个或更多个微处理器、微控制器、硬件电路、分立逻辑电路、硬件寄存器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)或其组合。在一个这样的方面中，处理电路72包括能够执行例如作为机器可读计算机控制程序76存储在存储器74中的软件指令的可编程硬件。
更具体地，处理电路72被配置为执行控制程序76以如先前描述的那样计算针对第一复合组件与第二复合组件之间的连接界面中的预测裂纹的间距要求，根据间距要求和要施加于连接界面的一个或更多个载荷来生成连接界面的计算机模型，并且为用户输出所生成的模型。
存储器74包括本领域已知的或者可以被开发的任何非暂时性机器可读存储介质，无论是易失性的还是非易失性的，单独地或按照任何组合包括(但不限于)固态介质(例如，sram、dram、ddram、rom、prom、eprom、闪速存储器、固态驱动器等)、可移动存储设备(例如，安全数字(sd)卡、迷你sd卡、microsd卡、记忆棒、拇指驱动器、usb闪存驱动器、rom盒、通用介质盘)、固定驱动器(例如，磁硬盘驱动器)等。如图7中看到的，存储器74包括被配置为存储控制程序76的电路。然而，在一个或更多个方面中，存储器74还被配置为存储先前描述的基线裂纹密度值。
用户输入/输出(i/o)设备78包括本领域已知的允许用户与计算设备70交互的任何设备。此类设备可包括但不限于麦克风、显示设备(诸如用于向用户呈现视觉信息的液晶显示器(lcd)和/或发光二极管(led)显示器)、键盘、指针设备(诸如鼠标)等。根据本公开，根据本方面生成的计算机模型由处理电路72输出到显示设备。因此，用户能够获得对给定连接界面中的裂纹的数量的更准确预测，以及以所确定的裂纹密度使具有预测裂纹的连接界面可视化，从而节约时间和金钱，并且提高可用来设计、制造并分析连接界面的效率。
通信电路80包括被配置为控制计算设备70的输入和输出(i/o)数据路径的电路。i/o数据路径包括用于通过通信网络(未示出)与其它计算机和大容量存储设备交换信号的数据路径。此类信号包括但不限于从在计算设备70外部的存储位置获得先前描述的基线裂纹密度值所需的那些信号。此类存储位置包括例如数据库。在一些方面中，通信电路80包括被配置为经由一个或更多个通信网络(未示出)向一个或更多个远程设备传送信号和数据的以太网卡。
图8是例示了根据本公开的一个方面的根据不同的硬件单元和软件模块(例如，作为存储在存储器74中的控制程序76)实现的处理电路72的示意框图。如图8中看到的，处理电路72实现密度要求确定单元/模块90、间距要求确定单元/模块92、计算机模型生成单元/模块94和裂纹密度比较单元/模块96。
密度要求确定单元/模块90被配置为计算裂纹密度要求。如先前描述的，此值定义连接界面中的预测裂纹的数量。间距要求确定单元/模块92被配置为至少部分地基于所计算出的裂纹密度来计算针对所关注连接界面中的预测裂纹的间距要求。也就是说，在一些方面中，间距要求确定单元/模块92被配置为在不考虑任何残余应力的情况下基于裂纹密度要求来计算间距要求，而其它方面被配置为如先前描述的那样基于裂纹密度要求和一个或更多个残余应力两者来计算间距要求。计算机模型生成单元/模块94被配置为生成计算机模型，然而裂纹密度比较单元/模块96被配置为如先前描述的那样将针对预测裂纹所确定的裂纹密度与基线裂纹密度值相比较。在至少一个方面中，裂纹密度比较单元/模块96还被配置为每当比较指示所计算的裂纹密度与基线裂纹密度值不匹配达到至少在预定阈值内时将与给定填料材料相关联的ils强度值增加预定量(例如，10％)。计算机模型输出模块/单元98被配置为输出由计算机模型生成单元/模块94生成的计算机模型。在一个方面中，计算机模型包括计算机模型输出模块/单元98用来生成连接界面的视觉表示的值和信息。在这些方面中，计算机模型输出模块/单元98将视觉表示输出到显示设备。然而，在其它方面中，计算机模型输出模块/单元98输出包括计算机模型的值和信息作为到fem功能中的输入，使得计算机设备可根据所生成的计算机模型来执行有限元分析。
本领域普通技术人员应该容易地理解的是，本公开不仅限于预测连接界面中的渐进破裂，如在先前方面中所描述的。相反，本公开的其它方面将计算设备70配置为利用扫描数据来确定第一复合结构组件与第二复合结构组件之间的连接界面中的渐进破裂。
本公开的这些方面提供确定填料材料(例如，椽条20)中的裂纹的经典方法不能够提供的益处和优点。例如，用于确定连接界面中的破裂的常规方法要求将正交样品装载到测试框架中以进行扫描。正交样品包括连接界面(例如，诸如椽条20的填料材料)。当扫描完成时，正交样品被从测试框架中移除，使得可对正交样品中的任何裂纹进行查看和计数。
常规方法(例如，显微术、切片、无载荷成像等)已知是不适当的。特别地，此类方法被仅用于评估连接界面中的高度变形的损伤状态，因为这些方法遗漏许多闭合裂纹。此外，常规方法假定平直(即，2维)裂纹前沿。因此，常规方法未被配置为扫描厚复合材料。这是特别不希望的，因为通常适用于翼梁结构并且特别地适用于飞行器的机翼中的翼梁结构的厚复合材料具有应力梯度，该应力梯度在分析中必须被考虑/重复以确保准确的iss被确定。
附加地，用于确定裂纹的方法需要能够识别层片中的所有裂纹。如以上所陈述的，这要求由扫描机执行的在载荷下对连接界面的“原地”检查。然而，由于低分辨率，当前的原地技术是不适当的。
例如，微分干涉对比度(dic)显微术通常适于仅表面测量。声发射(ae)技术被特别用于声发射。然而，因为ae方法是非视觉的，所以它们不适于向用户通知已发生的损伤的类型及其位置。超声扫描、射线照相术/x射线、热摄影术和剪切照相术都是低分辨率技术。此外，射线照相术/x射线和热摄影术两者提供仅二维图像，并且热摄影术技术对层压板的应用有限。然而，值得注意的是，这些技术中的每一种都是不适当的，因为由于其有限的分辨率，它们遗漏由于裂纹开口位移太低而导致的“隐藏”或嵌入的裂纹。
然而，本公开的各方面通过利用从连接界面的样品的原地ct扫描产生的数据和信息来解决这些和其它问题。此类原地ct扫描提供了同时将样品放置在变化载荷下并且比通过现有方法所允许的更清楚地使裂纹传播可视化的能力。例如，在一个方面中，本公开的原地扫描以<15μm分辨率扫描样品。以这样的高分辨率扫描允许多个像素表示开口裂纹在3个维度上的宽度，从而允许实现损伤状态的全体积表征。
附加地，通过利用原地扫描，本公开的各方面减少通过分析所生成的数据量。在将稍后更详细地描述的一些实施方式中，在对连接界面中的渐进破裂的预测中以及在对此类连接界面的评估和分析中利用由原地扫描产生的数据。
图9是例示了根据本公开的一个或更多个方面的用于确定第一复合结构组件与第二复合结构组件之间的连接界面中的渐进破裂的方法100的流程图。如图9中看到的，由计算设备70实现的方法100从获得连接界面18的实际裂纹密度(框102)开始。在本公开的上下文中，实际裂纹密度定义当第一结构构件12和第二结构构件14开始分层时的连接界面18中的裂纹的数量。此外，例如，可例如通过检索与使用例如ct扫描仪来以放射方式扫描的给定样品相关联的数据和信息来获得实际裂纹密度。这种数据能包括例如作为ct扫描的结果而收集和存储的外部数据。
一旦实际裂纹密度已被计算，方法100就要求计算针对出现在连接界面中的裂纹的间距要求(框104)。如先前陈述的，间距要求定义用于连接界面中的裂纹的平均间距并且可例如使用先前描述的过程来计算。方法100然后根据间距要求和连接界面的层间剪切(ils)强度来迭代地生成连接界面的计算机模型(框106)。特别地，一旦模型已被生成，就然后进行检查以确定计算机模型是否指示连接界面的分层(框108)。如果不是，则将填料材料的ils强度递增预定量(框110)并且根据间距要求和经修改的ils来重新生成计算机模型(框106)。
迭代继续直到计算机模型指示分层事件为止(框108)。一旦发生这个，方法100就将经修改的ils强度识别为用于填料材料的目标ils强度(框112)并且为用户输出所生成的计算机模型(框114)。
图10是例示了根据本公开的一个方面的用于获得连接界面18的样品的裂纹密度和裂纹间距信息的方法120的流程图。特别地，如图10中看到的，连接界面18的样品被放置到ct扫描机的测试框架中并以放射方式扫描(框122)。在这方面，样品被放置在以预定增量增加的机械载荷下(框126)，同时扫描继续直到方法120确定扫描应该结束为止(框124)。
例如，在通常称为“装载并保持”方法的一个方面中，样品被放置到ct扫描设备中并放置在载荷下。然后在“保持”周期期间执行ct扫描，即，ct扫描是仅在载荷的“保持”周期期间实现的不连续过程。一旦扫描完成，通常经由十字头位移的应用将载荷递增预定量(例如，10％)到下一个定义水平。迭代在每次迭代时逐步递增载荷的情况下继续直到扫描过程完成为止。
一旦扫描完成，就确定样品中的裂纹的实际裂纹密度(框128)以及裂纹间距(框130)。在一个方面中，例如，样品的高分辨率视觉表示被渲染给用户，所述用户进而可对在样品中看到的裂纹进行计数并且确定裂纹之间的间距。在其它方面中，计算机可执行成像软件，该成像软件被配置为分析ct扫描结果以及自动地对样品中的裂纹进行计数并且确定间距。
本领域普通技术人员将容易地理解的是，上述ct扫描方法仅是例示性的，并且根据本公开的各个方面其它扫描方法也是适合的。
图11是例示了根据本公开的一个方面的用于输出与生成的计算机模型相关联的数据和信息的方法140的流程图。如先前陈述的，实现方法100的计算设备(例如，计算设备70)可以任何数量的方式输出计算机模型。在一个方面中，例如，计算设备70在为用户向显示设备输出视觉表示(框144)之前基于与计算机模型相关联的数据和信息来生成计算机模型的视觉表示(框142)。在另一方面中，计算设备70将与所生成的计算机模型相关联的数据和信息作为一个或更多个输入参数输出到fem功能中(框146)。
图12是例示了根据本公开的一个方面的根据不同的硬件单元和软件模块(例如，作为存储在存储器74中的控制程序76)实现的处理电路72的示意框图。如图12中看到的，处理电路72实现密度获得单元/模块150、先前描述的间距要求确定单元/模块92、计算机模型生成单元/模块94和计算机模型输出模块/单元98。
密度获得单元/模块150被配置为获取连接界面18的样品的实际裂纹密度。如先前陈述的，可例如从扫描了样品的ct扫描设备中或者另选地从与先前扫描的样品相关联的存储值的数据库中检索这种数据。间距要求确定单元/模块92被配置为至少部分地基于实际裂纹密度来计算针对所关注连接界面中的裂纹的间距要求。如上，间距要求确定单元/模块92被配置为在一些方面中在不考虑任何残余应力的情况下基于裂纹密度要求来计算间距要求。在其它方面中，间距要求确定单元/模块92被配置为基于裂纹密度要求和一个或更多个残余应力两者来计算间距要求。计算机模型生成单元/模块94被配置为生成计算机模型，同时计算机模型输出模块/单元98被配置为输出由计算机模型生成单元/模块94生成的计算机模型。在一个方面中，计算机模型包括计算机模型输出模块/单元98用来生成连接界面的视觉表示的值和信息。在这些方面中，计算机模型输出模块/单元98将视觉表示输出到显示设备。然而，在其它方面中，计算机模型输出模块/单元98将包括计算机模型的值和信息作为输入输出到fem功能中，使得计算机设备可根据所生成的计算机模型来执行有限元分析。
在其它方面中，本公开将计算设备70配置为利用扫描数据来确定第一复合结构组件与第二复合结构组件之间的连接界面中的渐进破裂。在这些方面中，计算设备70被配置为更准确地定位连接界面的填料材料(例如，椽条20)中的“嵌入”或“隐藏”裂纹，从而产生连接界面的计算机模型，该计算机模型指示连接界面的填料材料中的裂纹的数目和类型的更准确图片。
图13a和图13b例示了根据本公开的一个或更多个方面的用于确定正交层压板中的渐进破裂并且在一些方面中确定裂纹的实际分布的方法160。应该注意的是，虽然在具有外部0°层和嵌入90°层的正交层压板的上下文中描述本方面，但是它仅用于例示性目的。本领域普通技术人员应该容易地理解的是，本方面也很适合于在确定没有嵌入90°层的层压板中的渐进破裂时和/或在外部层与嵌入层之间公开粘合剂、离轴层片或其它材料的情形下使用。
如图13a中看到的，方法160从选择具有所关注特定特征的正交层压板(框162)开始。选择可以例如由用户手动地完成，或者由计算机基于由用户提供的一个或更多个所关注特征来完成。一旦被选择，方法160就获得所选正交层压板的样品的基线放射扫描(框164)。在此方面的上下文中，基线扫描是所选样品在不施加载荷情况下的放射扫描。可以使用本领域已知的任何扫描技术来执行扫描，但是在这方面，样品被放置到ct机中并扫描。更具体地，ct机能够以不到20微米尺寸体素的分辨率扫描样品。此分辨率允许样品的内部结构被以允许准确捕获内部损伤状态的分辨率成像。
一旦获得基线扫描，方法160确定样品的扫描是否完成(框166)。如果不是，则将被施加于所选样品的载荷增加预定量(例如，10％)，并且在该增加的载荷下并且在正在施加载荷的同时重新扫描样品(框168)。扫描程序在循环中继续，其中载荷在每次迭代时被增加预定量并且样品被重新扫描(框168)，直到扫描完成为止(框166)。例如在已达到要施加于所选样品的最大载荷之后，或者在已经过预定时间之后，或者一旦所选样品已在载荷下失效，扫描就可以被认为完成。然而，不管扫描何时完成，表示所选样品的特性的一个或更多个参数都被获得并存储在存储器中。
在一个方面中，例如，所选样品被从ct机中移除并分析以获得不同的参数。分析可以是由用户例如在借助于或不借助于放大所选样品的设备的情况下或者由被配置为基于所选样品的生成的计算机模型来执行分析的计算机设备执行的视觉分析。然而，不管分析被执行的方式如何，从分析中收集的参数的示例都表示渐进破裂的特性并且可包括但不限于裂纹的总数的计数、“嵌入”或“隐藏”裂纹的总数的计数、裂纹中的一个或更多个的长度、裂纹中的一个或更多个的宽度、裂纹的平均长度和/或宽度等。如在下面在图13b中描述的，可利用这些参数中的一个或更多个来计算连接界面中的渐进破裂，包括隐藏或嵌入裂纹，以及确定正交层压板中的嵌入层的横向拉伸强度。
方法160在图13b中以获得表示包括所选样品的复合填料材料中的渐进破裂的特性的参数中的一个或更多个(框170)继续。然后，基于这些参数，方法160计算复合填料材料的估计裂纹密度(框172)。计算可以使用例如先前描述的等式来执行，并且产生相对于施加于所选样品的载荷定义复合填料材料中的裂纹的估计数量的值。方法160然后利用先前描述的等式来计算针对复合填料材料中的裂纹的间距要求(框174)，生成图式地指示复合填料材料中的渐进破裂的视觉表示(框176)，并且为用户将该生成的视觉表示输出到显示设备(框178)。
例如，如稍后在图16a、图16b和图16c中看到的，所生成的图形表示可以包括复合填料材料的一个或更多个二维和/或三维视图，并且是至少部分地基于从先前描述的等式计算的值来生成的。通过根据本方面生成此类视觉表示，计算设备70能够提供可在初始和/或后续载荷下在复合填料材料中预期的渐进破裂的程度的更准确视觉图片。这包括可被预期的裂纹(包括隐藏裂纹)的总数、其间距、分布、以及在一些情况下裂纹在复合填料材料中的布置的更准确图片。这种了解允许制造商例如设计并构建更强且更稳定的连接界面，而不会负面地影响桁条10或在上面使用它的载具的功能性能。在一些方面中，根据本实施方式配置的计算设备70还可帮助确定载具的特定部分失效的原因。在两种情况下，结果允许制造商制造具有增加的安全裕度同时消减成本的载具。
如图14中看到的，本公开的此方面还提供用于除了生成视觉表示之外或者代替生成视觉表示还生成连接界面的计算机模型的方法180。在这方面，方法180从根据估计裂纹密度、间距要求以及被施加于复合填料材料的所选样品的一个或更多个载荷来生成包括复合填料材料的连接界面的计算机模型(框182)开始。基于此生成的计算机模型并且利用先前描述的等式，计算设备70可使用例如以上等式(2)来确定复合填料材料的横向拉伸强度(框184)，以及确定复合填料材料中的裂纹的分布(框186)。在一些方面中，与所生成的计算机模型相关联的值(包括但不限于横向拉伸强度和裂纹分布)也可被输入到fem分析中(框188)并且/或者用于计算这些裂纹中的一个或更多个的长度和/或宽度(框190)。在此类方面中，例如，可利用与所生成的计算机模型相关联的值来生成和/或更新fem所基于的网格。
如先前陈述的，与可使用被配置为利用常规工具的计算设备来提供的估计相比，根据本公开的各方面配置的计算设备70能够提供可预期出现在连接界面的复合填料材料中的裂纹的数量的更准确估计。例如，图15例示了曲线图200，该曲线图200对照增加的载荷来标绘复合填料材料中的裂纹(既可见的且隐藏的)的总数。线202表示使用本公开的各方面来估计并发现的裂纹的数量，而线204表示使用常规手段来估计并发现的裂纹的数量。如图15中看到的，在由根据本方面配置的计算设备70估计并发现的裂纹的数量方面有25％增加。这是因为本公开的各方面增强了计算设备70估计连接界面的复合填料材料中的“隐藏”裂纹的数量的能力。
图16a、图16b和图16c例示了如先前描述的那样根据本公开的一个方面生成的复合填料材料的视觉表示。特别地，图16a例示了复合填料材料的三维视图，图16b例示了复合填料材料的侧视图，并且图16c例示了复合填料材料的顶视图。如这些图中看到的，“隐藏”或“嵌入”裂纹ce清楚可见(图16a和图16b)，以及裂纹c未被“隐藏”或“嵌入”(图16c)。
图17是例示了根据本公开的一个方面的根据不同的硬件单元和软件模块(例如，作为存储在存储器74中的控制程序76)实现的处理电路72的示意框图。如图17中看到的，处理电路72实现参数获得模块/单元220、裂纹密度计算模块/单元222、先前描述的间距要求确定单元/模块92、视觉表示生成模块/单元224、先前描述的计算机模型生成单元/模块94和输出模块/单元226。
如先前描述的，参数获得模块/单元220被配置为获得表示复合填料材料的特性的一个或更多个参数。在一些方面中，例如，参数获得模块/单元220经由用户输入获得参数，而在其它方面中，参数获得模块/单元220从存储器中检索参数。裂纹密度计算模块/单元222被配置为利用先前描述的等式来计算渐进地出现在复合填料材料中的裂纹的裂纹密度。间距要求确定单元/模块92被配置为至少部分地基于实际裂纹密度来计算针对所关注连接界面中的裂纹的间距要求。如上，间距要求确定单元/模块92被配置为在一些方面中在不考虑任何残余应力的情况下基于裂纹密度要求来计算间距要求。在其它方面中，间距要求确定单元/模块92被配置为基于裂纹密度要求和一个或更多个残余应力两者来计算间距要求。
视觉表示生成模块/单元224被配置为生成复合填料材料的视觉表示以在视觉上指示复合填料材料中的裂纹。计算机模型生成单元/模块94被配置为生成计算机模型，同时输出模块/单元226被配置为输出由视觉表示生成模块/单元生成的复合填料材料的视觉表示和由计算机模型生成单元/模块94生成的计算机模型中的一者或两者。在一个方面中，复合填料材料的视觉表示包括由输出模块/单元226输出的多个不同生成的视图，诸如在图16a、图16b和图16c中看到的那些，以向用户更好地例示裂纹c和ce的数量和分布。在一个方面中，所生成的计算机模型包括输出模块/单元98用来生成计算机模型的值和信息。在这些方面中，输出模块/单元98将计算机模型输出到显示设备。然而，在其它方面中，输出模块/单元98将包括计算机模型的值和信息作为输入输出到fem功能中，使得计算机设备可根据所生成的计算机模型来执行有限元分析。
本公开的各方面还包括如本文所描述的使用以在某些细节上不同于以上给出的广泛描述的方式配置的各种硬件配置来实现的各种方法和过程。例如，取决于例如针对各种方法的设计及成本权衡和/或系统级要求，可以使用专用硬件而不是配置有程序指令的微处理器来实现以上论述的处理功能性中的一个或更多个。
还应该注意的是，先前方面在飞行器(诸如图18中看到的飞行器230)上使用的椽条的上下文中描述本公开。然而，这仅用于例示性目的。本领域普通技术人员将容易地理解的是，本公开的各方面也非常适合于在其它类型的载具上使用的连接界面。图18将这些其它载具例示为包括但不限于无人驾驶和/或远程控制飞行器232、利用化石燃料234的汽车、诸如直升机的旋翼飞机236、诸如船的水面舰艇238和诸如潜艇的潜水器240。
此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：
a1.一种被配置为确定复合组件(12,14)之间的连接界面(18)中的渐进破裂的计算机(70)，该计算机包括：
通信接口电路(80)，该通信接口电路(80)被配置为经由通信网络向远程设备传送数据；以及
处理电路(72)，该处理电路(72)在操作时连接到所述通信接口电路并且被配置为：
计算针对第一复合组件与第二复合组件之间的连接界面中的预测裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹之间的平均间距；
根据所述间距要求和要施加于所述连接界面的一个或更多个载荷来生成所述连接界面的计算机模型，其中，所述计算机模型指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂；以及
为用户输出所述计算机模型。
a2.根据条款a1所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为生成所述计算机模型以指示所述连接界面中的所述预测裂纹的密度。
a3.根据条款a1或a2所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为：
生成所述计算机模型的视觉表示，其中，所述计算机模型的所述视觉表示图式地指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂；并且
为用户将所述计算机模型的所述视觉表示输出到显示设备。
a4.根据条款a1、a2或a3所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为将所述计算机模型作为输入输出到在计算设备上执行的有限元方法(fem)功能中。
a5.根据条款a4所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为基于所述计算机模型来更新所述fem功能的网格。
a6.根据条款a1至a5中的任何一项所述的计算机，其中，为了计算针对所述预测裂纹的所述间距要求，所述处理电路被配置为：
确定针对所述连接界面中的所述预测裂纹的密度要求，其中，所述密度要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹的数量；以及
基于所述密度要求来计算所述间距要求。
a7.根据条款a6所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为基于在固化过程期间施加于所述连接界面的残余应力来计算所述间距要求。
a8.根据条款a1至a7中的任何一项所述的计算机，其中，所述连接界面包括具有层间剪切(ils)强度的填料材料，并且其中，所述处理电路被配置为根据所述填料材料的所述ils强度来生成所述计算机模型。
a9.根据条款a8所述的计算机，其中，所述处理电路被配置为：
将所述连接界面的所述计算机模型中的所述预测裂纹的密度与基线裂纹密度相比较；
响应于确定所述预测裂纹的所述密度与所述基线裂纹密度不匹配而修改所述填料材料的所述ils强度；以及
基于所述填料材料的经修改的ils强度来生成所述连接界面的更新计算机模型，其中，所述更新计算机模型根据所述填料材料的经修改的ils强度来指示所述连接界面中的所述预测裂纹的布置和密度。
a10.一种用于确定复合组件之间的连接界面中的渐进破裂的方法，该方法包括：
计算(32)针对第一复合组件与第二复合组件之间的连接界面中的预测裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹之间的平均间距；
根据所述间距要求和要施加于所述连接界面的一个或更多个载荷来生成(36)所述连接界面的计算机模型，其中，所述计算机模型指示所述复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂；以及
为用户输出(36)所述计算机模型。
a11.根据条款a10所述的方法，其中，所述计算机模型还指示所述连接界面中的所述预测裂纹的密度。
a12.根据条款a10或a11所述的方法，其中，为所述用户输出所述计算机模型包括为所述用户向显示器输出(144)所述计算机模型的视觉表示，其中，所述计算机模型的所述视觉表示图式地指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂。
a13.根据条款a10、a11或a12所述的方法，其中，为所述用户输出所述计算机模型包括将所述计算机模型作为输入输出(146)到在计算设备上执行的有限元方法(fem)功能中。
a14.根据条款a13所述的方法，该方法还包括基于所述计算机模型来更新所述fem功能的网格。
a15.根据条款a10至a14中的任何一项所述的方法，其中，确定针对所述预测裂纹的间距要求包括：
确定(42)针对所述连接界面中的所述预测裂纹的密度要求，其中，所述密度要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹的数量；以及
基于所述密度要求来计算(46)所述间距要求。
a16.根据条款a13、a14或a15所述的方法，该方法还包括基于在固化过程期间施加于所述连接界面上的残余应力来计算(50)所述间距要求。
a17.根据条款a11至a16中的任何一项所述的方法，其中，所述连接界面包括具有层间剪切(ils)强度的填料材料，并且其中，生成所述连接界面的所述计算机模型还包括根据所述填料材料的所述ils强度来生成(66)所述计算机模型。
a18.根据条款a17所述的方法，该方法还包括：
将所述连接界面的所述计算机模型中的所述预测裂纹的所述密度与基线裂纹密度相比较(64)；
响应于确定所述预测裂纹的所述密度与所述基线裂纹密度不匹配而修改(66)所述填料材料的所述ils强度；以及
根据所述填料材料的经修改的ils强度来生成(68)所述连接界面的更新计算机模型，其中，所述更新计算机模型根据所述填料材料的经修改的ils强度来指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂和所述连接界面中的所述预测裂纹的所述密度。
a19.根据条款a10至a18中的任何一项所述的方法，其中，要施加于所述连接界面的所述一个或更多个载荷中的至少一个包括在固化过程期间施加于所述连接界面上的残余应力和施加于所述连接界面上的机械载荷中的一者或两者。
a20.一种非暂时性计算机可读介质(74)，该非暂时性计算机可读介质(74)包括存储在其上的指令(76)，所述指令(76)当由计算设备(70)的处理电路(72)执行时，将所述计算设备配置为：
确定针对第一复合组件与第二复合组件之间的连接界面中的预测裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹之间的平均间距；
根据所述间距要求和要施加于所述连接界面的一个或更多个载荷来生成所述连接界面的计算机模型，其中，所述计算机模型指示所述复合组件之间的所述连接界面中的渐进破裂和所述连接界面中的所述预测裂纹的密度；以及
为用户输出所述计算机模型。
b1.一种被配置为确定第一复合结构组件和第二复合结构组件(12,14)之间的连接界面(18)中的渐进破裂的计算机(70)，该计算机包括：
通信接口电路(80)，该通信接口电路(80)被配置为经由通信网络向远程设备传送数据；以及
处理电路(72)，该处理电路(72)在操作时连接到所述通信接口电路并且被配置为：
获得所述连接界面的实际裂纹密度，其中，所述实际裂纹密度定义当所述第一复合结构组件和所述第二复合结构组件开始分层时的所述连接界面中的裂纹的数量；
计算针对所述连接界面中的所述裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义用于所述连接界面中的所述裂纹的平均间距；
根据所述间距要求和所述连接界面的层间剪切(ils)强度来生成所述连接界面的计算机模型；以及
为用户输出所生成的计算机模型。
b2.根据条款b1所述的计算机，其中，所述实际裂纹密度是基于所述连接界面在载荷下的放射扫描来确定的，并且其中，所述处理电路被配置为基于所述连接界面的放射扫描来获得所述连接界面的实际裂纹间距。
b3.根据条款b1或b2所述的计算机，其中，所述处理电路被配置为基于所述连接界面的所述实际裂纹密度并且基于在固化过程期间施加于所述连接界面的残余应力来计算所述间距要求。
b4.根据条款b1、b2或b3所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为迭代地生成所述连接界面的所述计算机模型，直到所述计算机模型指示所述第一复合结构组件与所述第二复合结构组件之间的分层为止。
b5.根据条款b4所述的计算机，其中，对于每次迭代，所述处理电路被配置为：
将所述连接界面的所述ils强度修改预定量；并且
基于所述连接界面的经修改的ils强度来生成所述计算机模型。
b6.根据条款b5所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为当所述计算机模型指示所述第一复合结构组件与所述第二复合结构组件之间的分层时将所述连接界面的目标ils强度识别为所述连接界面的经修改的ils强度。
b7.根据条款b1至b6中的任何一项所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为：
生成图式地指示所述连接界面中的渐进破裂的所述计算机模型的视觉表示；并且
为所述用户将所述计算机模型的所述视觉表示输出到显示设备。
b8.根据条款b1至b7中的任何一项所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为将所述计算机模型作为输入输出到在计算设备上执行的有限元方法(fem)功能中。
b9.根据条款b1至b8中的任何一项所述的计算机，其中，所述处理电路被配置成生成所述计算机模型以识别所述连接界面中的一个或更多个嵌入裂纹，其中，所述一个或更多个嵌入裂纹包括具有不延伸到所述连接界面的边缘的至少一个终止端的裂纹。
b10.一种确定第一复合结构组件和第二复合结构组件(12,14)之间的连接界面(18)中的渐进破裂的方法，该方法包括：
获得(102)所述连接界面的实际裂纹密度，其中，所述实际裂纹密度定义当所述第一复合结构组件和所述第二复合结构组件开始分层时的所述连接界面中的裂纹的数量；
计算(104)针对所述连接界面中的所述裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义用于所述连接界面中的所述裂纹的平均间距；
根据所述间距要求和所述连接界面的层间剪切(ils)强度来生成(106)所述连接界面的计算机模型；以及
为用户输出(114)所生成的计算机模型。
b11.根据条款b10所述的方法，其中，获得所述实际裂纹密度包括：
在对所述连接界面的样品施加载荷的同时以放射方式扫描(122)所述样品；以及
基于所述扫描的结果：
确定(128)所述样品中的多个裂纹的实际裂纹密度；以及
确定(130)所述样品中的所述裂纹的实际裂纹间距。
b12.根据条款b11所述的方法，其中，以放射方式扫描所述样品包括对所述样品执行计算机断层摄影(ct)扫描。
b13.根据条款b11或b12所述的方法，该方法还包括：
按照预定增量增加(126)施加于所述样品的所述载荷；以及
响应于每次递增载荷增加而以放射方式扫描所述样品。
b14.根据条款b10至b13中的任何一项所述的方法，其中，计算所述间距要求包括根据以下各项来计算所述间距要求：
所述连接界面的所述实际裂纹密度；以及
在固化过程期间施加于所述连接界面的残余应力。
b15.根据条款b10至b14中的任何一项所述的方法，其中，生成所述连接界面的所述计算机模型包括迭代地生成所述连接界面的所述计算机模型，直到所述计算机模型指示所述第一复合结构组件与所述第二复合结构组件之间的分层为止。
b16.根据条款b15所述的方法，其中，迭代地生成所述连接界面的所述计算机模型还包括：
对于每次迭代：
将所述连接界面的所述ils强度修改(110)预定量；以及
基于经修改的ils强度来生成(106)所述连接界面的更新计算机模型；以及
当所述计算机模型指示所述第一复合结构组件与所述第二复合结构组件之间的分层时，将所述连接界面的经修改的ils强度识别(112)为所述连接界面的目标ils强度。
b17.根据条款b10至b16中的任何一项所述的方法，该方法还包括：
生成(142)图式地指示所述连接界面中的渐进破裂的所述计算机模型的视觉表示；以及
为所述用户将所述计算机模型的所述视觉表示输出(144)到显示设备。
b18.根据条款b10至b17中的任何一项所述的方法，该方法还包括将所述计算机模型作为输入输出(146)到在计算设备上执行的有限元方法(fem)功能中。
b19.根据条款b10至b18中的任何一项所述的方法，其中，所述计算机模型识别所述连接界面中的一个或更多个嵌入裂纹，其中，所述一个或更多个嵌入裂纹包括具有不延伸到所述连接界面的边缘的至少一个终止端的裂纹。
b20.一种非暂时性计算机可读介质(74)，该非暂时性计算机可读介质(74)包括存储在其上的指令，所述指令当由计算设备(70)的处理电路(72)执行时，将所述计算设备配置为：
获得与第一复合结构组件和第二复合结构组件相关联的连接界面的实际裂纹密度，其中，所述实际裂纹密度定义当所述第一复合结构组件和所述第二复合结构组件开始分层时的所述连接界面中的裂纹的数量；
计算针对所述连接界面中的所述裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义用于所述连接界面中的所述裂纹的平均间距；
根据所述间距要求和所述连接界面的层间剪切(ils)强度来生成所述连接界面的计算机模型；以及
为用户输出所生成的计算机模型。
c1.一种被配置为确定设置在第一复合结构组件和第二复合结构组件(12,14)之间的复合填料材料(20)中的渐进破裂的计算机(70)，该计算机包括：
通信接口电路(80)，该通信接口电路(80)被配置为经由通信网络向远程设备传送数据；以及
处理电路(72)，该处理电路(72)在操作时连接到所述通信接口电路并且被配置为：
获得表示在预定时间段期间经受增加载荷的复合填料材料中的渐进破裂的特性的一个或更多个参数；
计算所述复合填料材料的估计裂纹密度，其中，所述估计裂纹密度相对于施加于所述复合填料材料的一个或更多个载荷定义所述复合填料材料中的裂纹的估计数量；
计算针对所述复合填料材料中的所述裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义用于所述复合填料材料中的所述裂纹的平均间距；
生成图式地指示所述复合填料材料中的渐进破裂的所述复合填料材料的视觉表示；以及
为所述用户将所述复合填料材料的所述视觉表示输出到显示设备。
c2.根据条款c1所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为根据所述估计裂纹密度、所述间距要求和施加于所述复合填料材料的所述一个或更多个载荷来生成所述复合填料材料的计算机模型。
c3.根据条款c1或c2所述的计算机，其中，所述一个或更多个参数包括以下各项中的一个或更多个：
所述复合填料材料的裂纹c、ce的总数；
所述复合填料材料中的嵌入裂纹ce的总数，其中，所述嵌入裂纹包括在所述复合填料材料的相反外表面之间具有至少一个终止端的裂纹；
所述复合填料材料中的所述裂纹的分布；以及
针对所述复合填料材料中的所述裂纹中的一个或更多个的宽度测量结果。
c4.根据条款c3所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为基于所述一个或更多个参数中的至少一个来计算所述估计裂纹密度。
c5.根据条款c3或c4所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为基于所述一个或更多个参数中的至少一个来计算所述间距要求。
c6.根据条款c1至c5中的任何一项所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为计算所述复合填料材料中的所述裂纹的分布。
c7.根据条款c1至c6中的任何一项所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为计算所述复合填料材料中的所述裂纹中的至少一个的长度。
c8.根据条款c1至c7中的任何一项所述的计算机，其中，所述复合填料材料包括椽条。
c9.根据条款c1至c8中的任何一项所述的计算机，其中，所述复合填料材料包括具有多个层的正交填料材料。
c10.一种确定设置在第一复合结构组件与第二复合结构组件之间的复合填料材料中的渐进破裂的方法，该方法包括：
获得(170)表示在预定时间段期间经受增加载荷的复合填料材料中的渐进破裂的特性的一个或更多个参数；
计算(172)所述复合填料材料的估计裂纹密度，其中，所述估计裂纹密度相对于施加于所述复合填料材料的一个或更多个载荷定义所述复合填料材料中的裂纹的估计数量；
计算(174)针对所述复合填料材料中的所述裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义用于所述复合填料材料中的所述裂纹的平均间距；
生成(176)图式地指示所述复合填料材料中的渐进破裂的所述复合填料材料的视觉表示；以及
为所述用户将所述复合填料材料的所述视觉表示输出(178)到显示设备。
c11.根据条款c10所述的方法，该方法还包括根据所述估计裂纹密度、所述间距要求和施加于所述复合填料材料的所述一个或更多个载荷来生成(182)所述复合填料材料的计算机模型。
c12.根据条款c10或c11所述的方法，其中，所述一个或更多个参数包括以下各项中的一个或更多个：
所述复合填料材料的裂纹的总数；
所述复合填料材料中的嵌入裂纹的总数，其中，所述嵌入裂纹包括在所述复合填料材料的相反外表面之间具有至少一个终止端的裂纹；
所述复合填料材料中的所述裂纹的分布；以及
针对所述复合填料材料中的所述裂纹中的一个或更多个的宽度测量结果。
c13.根据条款c12所述的方法，该方法还包括基于所述一个或更多个参数中的至少一个来计算所述估计裂纹密度。
c14.根据条款c12或c13所述的方法，该方法还包括基于所述一个或更多个参数中的至少一个参数来计算所述间距要求。
c15.根据条款c10至c14中的任何一项所述的方法，该方法还包括计算(186)所述复合填料材料中的所述裂纹的分布。
c16.根据条款c10至c15中的任何一项所述的方法，该方法还包括计算(190)所述复合填料材料中的所述裂纹中的至少一个的长度。
c17.根据条款c10至c16中的任何一项所述的方法，其中，所述复合填料材料包括椽条。
c18.根据条款c10至c17中的任何一项所述的方法，其中，所述复合填料材料包括具有多个层的正交填料材料。
c19.根据条款c10至c18中的任何一项所述的方法，该方法还包括计算(184)所述复合填料材料的横向拉伸强度。
c20.一种非暂时性计算机可读介质(74)，该非暂时性计算机可读介质(74)包括存储在其上的指令，所述指令当由计算设备(70)的处理电路(72)执行时，将所述计算设备配置为：
获得表示在预定时间段期间经受增加载荷的复合填料材料中的渐进破裂的特性的一个或更多个参数；
计算所述复合填料材料的估计裂纹密度，其中，所述估计裂纹密度相对于施加于所述复合填料材料的一个或更多个载荷定义所述复合填料材料中的裂纹的估计数量；
计算针对所述复合填料材料中的所述裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义用于所述复合填料材料中的所述裂纹的平均间距；
生成图式地指示所述复合填料材料中的渐进破裂的所述复合填料材料的视觉表示；以及
为所述用户将所述复合填料材料的所述视觉表示输出到显示设备。
本领域普通技术人员还将理解的是，本公开不仅限于桁条或任何其它特定类型的连接界面。相反，本公开的各方面可被应用于其它复合组件，诸如例如翼梁，并且包括各种其它类型的连接界面，诸如带到带等。
因此，前面的描述和附图表示本文公开的方法和装置的非限制性示例。因此，本公开的各方面不受前面的描述和附图限制。替代地，本公开的各方面仅受随附权利要求及其合法等同物限制。
1.一种被配置为确定复合组件(12,14)之间的连接界面(18)中的渐进破裂的计算机(70)，该计算机包括：
通信接口电路(80)，该通信接口电路(80)被配置为经由通信网络向远程设备传送数据；以及
处理电路(72)，该处理电路(72)在操作时连接到所述通信接口电路并且被配置为：
计算针对第一复合组件与第二复合组件之间的连接界面中的预测裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹之间的平均间距；
根据所述间距要求和要施加于所述连接界面的一个或更多个载荷来生成所述连接界面的计算机模型，其中，所述计算机模型指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂；以及
为用户输出所述计算机模型。
2.根据权利要求1所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为生成所述计算机模型以指示所述连接界面中的所述预测裂纹的密度。
3.根据权利要求1或2所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为：
生成所述计算机模型的视觉表示，其中，所述计算机模型的所述视觉表示图式地指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂；并且
为用户将所述计算机模型的所述视觉表示输出到显示设备。
4.根据权利要求1或2所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为将所述计算机模型作为输入输出到在计算设备上执行的有限元方法fem功能中。
5.根据权利要求4所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为基于所述计算机模型来更新所述fem功能的网格。
6.根据权利要求1或2所述的计算机，其中，为了计算针对所述预测裂纹的所述间距要求，所述处理电路被配置为：
确定针对所述连接界面中的所述预测裂纹的密度要求，其中，所述密度要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹的数量；以及
基于所述密度要求来计算所述间距要求。
7.根据权利要求6所述的计算机，其中，所述处理电路还被配置为基于在固化过程期间施加于所述连接界面的残余应力来计算所述间距要求。
8.根据权利要求1或2所述的计算机，其中，所述连接界面包括具有层间剪切ils强度的填料材料，并且其中，所述处理电路被配置为根据所述填料材料的所述ils强度来生成所述计算机模型。
9.根据权利要求8所述的计算机，其中，所述处理电路被配置为：
将所述连接界面的所述计算机模型中的所述预测裂纹的密度与基线裂纹密度相比较；
响应于确定所述预测裂纹的所述密度与所述基线裂纹密度不匹配而修改所述填料材料的所述ils强度；以及
基于所述填料材料的经修改的ils强度来生成所述连接界面的更新计算机模型，其中，所述更新计算机模型根据所述填料材料的经修改的ils强度来指示所述连接界面中的所述预测裂纹的布置和密度。
10.一种用于确定复合组件之间的连接界面中的渐进破裂的方法，该方法包括：
计算(32)针对第一复合组件与第二复合组件之间的连接界面中的预测裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹之间的平均间距；
根据所述间距要求和要施加于所述连接界面的一个或更多个载荷来生成(36)所述连接界面的计算机模型，其中，所述计算机模型指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂；以及
为用户输出(36)所述计算机模型。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述计算机模型还指示所述连接界面中的所述预测裂纹的密度。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，为所述用户输出所述计算机模型包括为所述用户向显示器输出(144)所述计算机模型的视觉表示，其中，所述计算机模型的所述视觉表示图式地指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂。
13.根据权利要求10或11所述的方法，其中，为所述用户输出所述计算机模型包括将所述计算机模型作为输入输出(146)到在计算设备上执行的有限元方法fem功能中。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括基于所述计算机模型来更新所述fem功能的网格。
15.根据权利要求10或11所述的方法，其中，确定针对所述预测裂纹的间距要求包括：
确定(42)针对所述连接界面中的所述预测裂纹的密度要求，其中，所述密度要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹的数量；以及
基于所述密度要求来计算(46)所述间距要求。
16.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括基于在固化过程期间施加于所述连接界面上的残余应力来计算(50)所述间距要求。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述连接界面包括具有层间剪切ils强度的填料材料，并且其中，生成所述连接界面的所述计算机模型还包括根据所述填料材料的所述ils强度来生成(66)所述计算机模型。
18.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括：
将所述连接界面的所述计算机模型中的所述预测裂纹的密度与基线裂纹密度相比较(64)；
响应于确定所述预测裂纹的密度与所述基线裂纹密度不匹配而修改(66)所述填料材料的所述ils强度；以及
根据所述填料材料的经修改的ils强度来生成(68)所述连接界面的更新计算机模型，其中，所述更新计算机模型根据所述填料材料的经修改的ils强度来指示复合组件之间的所述连接界面中的所述渐进破裂和所述连接界面中的所述预测裂纹的密度。
19.根据权利要求10或11所述的方法，其中，要施加于所述连接界面的所述一个或更多个载荷中的至少一个包括在固化过程期间施加于所述连接界面上的残余应力和施加于所述连接界面上的机械载荷中的一者或两者。
20.一种非暂时性计算机可读介质(74)，该非暂时性计算机可读介质(74)包括存储在其上的指令(76)，所述指令(76)当由计算设备(70)的处理电路(72)执行时，将所述计算设备配置为：
确定针对第一复合组件与第二复合组件之间的连接界面中的预测裂纹的间距要求，其中，所述间距要求定义所述连接界面中的所述预测裂纹之间的平均间距；
根据所述间距要求和要施加于所述连接界面的一个或更多个载荷来生成所述连接界面的计算机模型，其中，所述计算机模型指示复合组件之间的所述连接界面中的渐进破裂和所述连接界面中的所述预测裂纹的密度；以及
为用户输出所述计算机模型。
技术总结