[發明專利]一種三軸向編織復合材料格柵力學模量的預測方法

有效

• 申請號: 201310363477.1
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103455712A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 熊峻江;白江波;滿孜郁;劉猛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明提供一種三軸向編織復合材料格柵力學模量的預測方法，屬于復合材料設計技術領域。

背景技術

編織復合材料作為一種新型輕質高效紡織結構復合材料，具有工藝自動化程度水平高、經濟性好、結構整體性能優異、抗沖擊和疲勞阻等優點，與單向纖維增強的復合材料層合板相比，編織復合材料層板對改進層間、層內強度和損傷容限等方面具有巨大的潛力。因此，編織復合材料在航空、航天、航海、汽車等領域都得到了廣泛應用。實驗手段直接測量平面編織復合材料殘余熱應力成本較高，且測試過程中易受到很多偶然因素的影響；有限元數值模擬方法需要建立復雜的有限元模型，計算復雜，計算效率低，計算精度難以保證；因此，本發明運用細觀力學分析方法研究三軸編織復合材料格柵細觀結構對其宏觀性能的影響，獲得其宏觀力學模量的解析解，僅僅需要少量的組分材料性能參數就能快速準確地預測三軸編織復合材料格柵的宏觀力學模量，實現三軸編織復合材料格柵宏觀性能的優化設計，可見本發明具有重要學術意義和工程應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三軸向編織復合材料格柵力學模量的預測方法，該方法具有計算簡便，精度高等優點，其技術方案如下：

步驟一、根據纖維束的三軸編織方式（如周期性和重復性等），選擇最小的重復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，并根據纖維束中心線位置，分別建立0°、-60°和60°纖維束坐標系(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坐標表達式：

Z1=-πh2Lcos(πLx1)Z2=πh2Lcos(πLx2)Z3=-πh2Lsin(πLx3)...(1)]]>

式中h和L分別為纖維束截面高度和纖維束長度。

步驟二、根據外載荷施加方式以及步驟一中的胞體單元，對胞體單元內的纖維束進行受力分析，從而，建立三軸編織復合材料格柵胞體單元纖維織布的細觀力學模型，確定胞體單元內纖維織布的總應變余能U^*，并利用最小勢能原理，求解胞體單元纖維織布的內力。

胞體單元的總應變余能U^*的表達式為