[發(fā)明專利]一種使用有限元方法模擬編織復(fù)合材料雙軸試驗確定材料性能參數(shù)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410238761.0
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103970969A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐德昇;許承海;張瑾瑜;孟松鶴;杜善義
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種使用有限元方法模擬編織復(fù)合材料雙軸試驗確定材料性能參數(shù)的方法，其特征在于所述方法步驟如下：

一、使用偏光顯微鏡對編織復(fù)合材料進行觀測，利用其周期性，確定其最小的代表性體積單元，并對若干個代表性體積單元內(nèi)的纖維束和基體的尺寸大小和空間分布情況進行準(zhǔn)確測量，取其平均值；

二、將編織復(fù)合材料粗磨至納米壓痕儀要求的形狀后，分別對試樣不同位置采用納米壓痕技術(shù)確定纖維束橫向模量E_Tf和基體模量E_m；

三、(1)根據(jù)步驟一所確定的纖維束和基體的尺寸大小、空間分布，作為已知參數(shù)，輸入有限元軟件Abaqus的CAE模塊中進行建模操作，完成模型建立；(2)將步驟二所確定的纖維束橫向模量E_Tf、基體模量E_m，以及纖維生產(chǎn)廠家所提供的纖維束性能參數(shù)賦予模型，而其余未直接得到的參數(shù)根據(jù)相關(guān)文獻和經(jīng)驗進行設(shè)定，完成材料屬性的賦予；(3)編寫Python軟件操作Abaqus生成的inp文件，編寫方程，施加周期性邊界條件，將纖維/基體的界面考慮成0厚度的內(nèi)聚力單元，編寫Abaqus自帶的用戶子程序USDFLD程序?qū)煞N不同材料及所對應(yīng)的破壞準(zhǔn)則改造成統(tǒng)一的形式；(4)模型在加載過程中當(dāng)模型的單元應(yīng)力達到損傷判據(jù)時，對單元的材料屬性進行不同比例、一定程度的折減后繼續(xù)進行迭代計算；(5)使用Abaqus自帶的狀態(tài)函數(shù)SDV表征材料破壞機理；(6)最后完成對各種復(fù)雜載荷情況下的雙軸試驗的模擬，得到模擬的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)；

四、在雙軸試驗機上對編織復(fù)合材料進行雙軸試驗，進行不同載荷比的拉-拉、壓-壓、拉-壓、拉-剪、壓-剪試驗，確定試驗數(shù)據(jù)及觀察破壞宏觀形貌；

五、將模擬的結(jié)果同相應(yīng)的雙軸試驗真實數(shù)據(jù)進行對比，調(diào)整步驟三中根據(jù)文獻和經(jīng)驗確定的參數(shù)，使有限元模擬的結(jié)果逐漸接近真實數(shù)據(jù)；

六、當(dāng)模擬的數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)接近，差異小于5％時，且保證狀態(tài)函數(shù)SDV所表示的破壞形式與真實破壞相同時，表明該方法有效可行，同時表明使用該方法模擬的材料破壞過程也相當(dāng)可信。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用有限元方法模擬編織復(fù)合材料雙軸試驗確定材料性能參數(shù)的方法，其特征在于所述具體改造方式為：采用參數(shù)化分別對兩種材料的參數(shù)賦不同的值，當(dāng)纖維準(zhǔn)則中出現(xiàn)基體所沒有的準(zhǔn)則時，將纖維的準(zhǔn)則整體乘以一個參數(shù)β，令纖維的β值等于1，基體的β值等于0。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用有限元方法模擬編織復(fù)合材料雙軸試驗確定材料性能參數(shù)的方法，其特征在于所述基體為脆性材料時，纖維束使用三維Hashin失效準(zhǔn)則、基體采用最大應(yīng)力失效準(zhǔn)則的損傷判定程序。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用有限元方法模擬編織復(fù)合材料雙軸試驗確定材料性能參數(shù)的方法，其特征在于所述基體為塑性材料時，纖維束使用Tsai-Wu失效準(zhǔn)則、基體采用Mises準(zhǔn)則的損傷判定程序。