一種三軸向編織復(fù)合材料格柵力學(xué)模量的預(yù)測(cè)方法
【專利摘要】一種三軸向編織復(fù)合材料格柵力學(xué)模量的預(yù)測(cè)方法，它有四大步驟：一、根據(jù)纖維束的三軸編織方式，選擇最小的重復(fù)性單元作為代表性體積元，由此確定其胞體單元；二、根據(jù)外載荷施加方式以及步驟一中的胞體單元，對(duì)胞體單元內(nèi)的纖維束進(jìn)行受力分析，從而，建立三軸編織復(fù)合材料格柵胞體單元纖維織布的細(xì)觀力學(xué)模型，確定胞體單元內(nèi)纖維織布的總應(yīng)變余能U*，并利用最小勢(shì)能原理，求解胞體單元纖維織布的內(nèi)力；三、根據(jù)卡式定理或單位載荷法求解胞體單元纖維織布的變形，再根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)方程，得到三軸編織復(fù)合材料格柵織布的力學(xué)模量；四、根據(jù)混合定理，得到三軸編織復(fù)合材料格柵的彈性模量。
【專利說明】一種三軸向編織復(fù)合材料格柵力學(xué)模量的預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種三軸向編織復(fù)合材料格柵力學(xué)模量的預(yù)測(cè)方法，屬于復(fù)合材料設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]編織復(fù)合材料作為一種新型輕質(zhì)高效紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，具有工藝自動(dòng)化程度水平高、經(jīng)濟(jì)性好、結(jié)構(gòu)整體性能優(yōu)異、抗沖擊和疲勞阻等優(yōu)點(diǎn)，與單向纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料層合板相比，編織復(fù)合材料層板對(duì)改進(jìn)層間、層內(nèi)強(qiáng)度和損傷容限等方面具有巨大的潛力。因此，編織復(fù)合材料在航空、航天、航海、汽車等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)手段直接測(cè)量平面編織復(fù)合材料殘余熱應(yīng)力成本較高，且測(cè)試過程中易受到很多偶然因素的影響；有限元數(shù)值模擬方法需要建立復(fù)雜的有限元模型，計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算效率低，計(jì)算精度難以保證；因此，本發(fā)明運(yùn)用細(xì)觀力學(xué)分析方法研究三軸編織復(fù)合材料格柵細(xì)觀結(jié)構(gòu)對(duì)其宏觀性能的影響，獲得其宏觀力學(xué)模量的解析解，僅僅需要少量的組分材料性能參數(shù)就能快速準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)三軸編織復(fù)合材料格柵的宏觀力學(xué)模量，實(shí)現(xiàn)三軸編織復(fù)合材料格柵宏觀性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可見本發(fā)明具有重要學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種三軸向編織復(fù)合材料格柵力學(xué)模量的預(yù)測(cè)方法，該方法具有計(jì)算簡便，精度高等優(yōu)點(diǎn)，其技術(shù)方案如下:
[0004]步驟一、根據(jù)纖維束的三軸編織方式(如周期性和重復(fù)性等)，選擇最小的重復(fù)性單元作為代表性體積元，由此確定其胞體單元；將三軸向纖維束理想化成正弦的曲梁，并根據(jù)纖維束中心線位置，分別建立0° ,-60°和60°纖維束坐標(biāo)系(如圖3a、3b和3c所示)，于是，可以得到三軸向纖 維束的中心線Z坐標(biāo)表達(dá)式:
[0005]
【權(quán)利要求】
1.一種三軸向編織復(fù)合材料格柵力學(xué)模量的預(yù)測(cè)方法，其特征在于:該方法具體步驟如下: 步驟一、根據(jù)纖維束的三軸編織方式，選擇最小的重復(fù)性單元作為代表性體積元，由此確定其胞體單元；將三軸向纖維束理想化成正弦的曲梁，并根據(jù)纖維束中心線位置，分別建立0° > -60°和60°纖維束坐標(biāo)系，于是，得到三軸向纖維束的中心線Z坐標(biāo)表達(dá)式:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三軸向編織復(fù)合材料格柵力學(xué)模量的預(yù)測(cè)方法，其特征在于:在步驟一中所述的“體積元”是指具有三軸向編織特征的三維單元。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103455712SQ201310363477
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】熊峻江, 白江波, 滿孜郁, 劉猛 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)