[發明專利]纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型的建立方法

有效

• 申請號: 200810230359.2
• 申請日: 2008-12-25
• 公開（公告）號: CN101446528A
• 公開（公告）日: 2009-06-03
• 發明（設計）人: 林莉;牟云飛;陳軍;李喜孟
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N15/08
• 代理公司: 大連星海專利事務所
• 代理人: 花向陽

技術領域

本發明涉及一種纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型的建立方法，其屬于復合材料無損檢測與評價技術領域。

背景技術

迄今為止，用于建立含孔隙的纖維增強復合材料二維幾何模型的方法，均基于以下類似假設：所有孔隙為球形、半徑相等，均勻分布于介質中；以孔隙率1.5％為界假定孔隙為球狀或圓盤狀且尺寸符合不同分布等。然而，實際纖維增強復合材料中的孔隙尺寸變化范圍很大，形狀各異，分布也并不均勻。已有幾何模型不能全面、準確地反映孔隙形貌及其隨機特性，導致孔隙率超聲檢測實驗和理論分析之間存在較大偏差。

發明內容

為了克服上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型的建立方法。該方法可精確建立纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型，利用該模型可開展纖維增強復合材料孔隙的彈性性能分析，為纖維增強復合材料孔隙率超聲無損檢測提供分析依據。

本發明的技術方案是：一種纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型的建立方法如下具體步驟：

(1)對纖維增強復合材料標準樣品進行解剖，通過金相法統計由孔隙長度、寬度和寬長比表示的孔隙率及孔隙分布特征；

(2)根據統計結果初步選定自相關函數、自相關長度參數建立二維隨機介質模型M(x，z)；

(3)選定孔隙率、分區邊長參數，利用極值搜索法改造所得的二維隨機介質模型M(x，z)，建立二維隨機孔隙模型；

(4)統計所得的二維隨機孔隙模型的孔隙率及孔隙分布特征；

(5)比較步驟(1)與(4)的數據，若二者差異小于2％，則得到纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型，否則改變建立參數，重復步驟(2)～(5)。

所述極值搜索法包括如下具體步驟：

(1)選定孔隙率P及分區邊長D；

(2)將所得到的二維隨機介質模型M(x，z)，以分區邊長D劃分為若干區域，并在每個區域內進行以下操作：

①獲取該區域所有節點數量L；

②將區域內各節點按數值由大到小排列，放入一維數組H；

③獲取H中前L*P個節點在二維隨機介質模型M(x，z)中的坐標，放入一維數組；

④將M(x，z)中符合一維數組中所記錄坐標的節點設為孔隙，其余設為纖維增強復合材料。

本發明的有益效果是：這種纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型的建立方法首先對纖維增強復合材料標準樣品進行解剖，通過金相法統計孔隙率及孔隙分布特征，根據統計結果建立二維隨機介質模型M(x，z)；然后利用極值搜索法改造二維隨機介質模型M(x，z)，建立二維隨機孔隙模型，統計二維隨機孔隙模型的孔隙率及孔隙分布特征；最后對二組孔隙率及孔隙分布特征進行數據比較，若二者差異小于2％，則得到纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型，該方法可精確建立纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型，利用該模型可開展纖維增強復合材料孔隙的彈性性能分析，為纖維增強復合材料孔隙率超聲無損檢測提供分析依據。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1為一種纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型的建立方法的流程圖。

圖2為碳纖維單向增強復合材料二維隨機孔隙模型，建立參數為：高斯型自相關函數；a＝7，b＝10；P＝1.2％；D＝4。

具體實施方式

圖1為一種纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型的建立方法的流程圖。下面以碳纖維單向增強復合材料為例，介紹隨機孔隙模型建立的具體實施方式：

(1)將碳纖維單向增強復合材料標準試樣沿與纖維垂直方向解剖，使用金相顯微鏡觀察并統計截面孔隙率和每個孔隙的長度，寬度，長寬比。重復上述步驟20次以上，以得到標準試樣的體積孔隙率及孔隙特征的樣本空間；

(2)選取高斯型自相關函數：其中a，b為自相關長度，初步取值為：a＝7，b＝10；將進行二維快速傅里葉變換得到生成二維隨機場θ∈[0，2π]；構造隨機功率譜對隨機功率譜做傅里葉逆變換，得到隨機擾動δM(x，z)；利用公式M(x，z)＝M₀+δM(x，z)得到隨機介質模型。其中，M可為密度、拉梅參數或聲速等參量，M₀為M在大尺度不均勻性上的平均值，以縱波聲速為例取值為M₀＝2.6km/s；

(3)選定孔隙率P＝1.2％及分區邊長D＝4；將M(x，z)若干區域，并在每個區域內進行以下操作：

①獲取該區域所有節點數量L；

②將區域內各節點按數值由大到小排列，放入一維數組H；