[發(fā)明專利]一種層疊碳纖維復(fù)合材料的層間連接彈性模量計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510763132.4
• 申請日: 2015-11-10
• 公開（公告）號: CN105426600B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 要義勇;李力川;仝哲;趙麗萍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

1.一種層疊碳纖維復(fù)合材料的層間連接彈性模量計算方法，其特征在于：該計算方法包括以下步驟：

(1)建立層疊碳纖維復(fù)合材料的層間連接模型

層疊碳纖維復(fù)合材料的層間連接包括基于層疊碳纖維復(fù)合材料的碳布層內(nèi)的中間縫隙中的各向異性材料的局部連接和基于層疊碳纖維復(fù)合材料的各個碳布層之間各向同性材料的均勻連接兩個部分；

(2)基于步驟(1)中所述層間連接模型，采用材料力學(xué)和隨機(jī)理論建立層疊碳纖維復(fù)合材料的層間連接彈性模量計算方法；

所述層疊碳纖維復(fù)合材料的層間連接彈性模量按照公式(1-1)進(jìn)行計算：

公式(1-1)中，x_g為相鄰兩個中間縫隙中心的距離；x_mg為一個中間縫隙的寬度，x₀為選取的碳布層平面支撐點(diǎn)處第一個周期性微觀結(jié)構(gòu)的中心到該支撐點(diǎn)的長度；i取值為0或自然數(shù)；E_y為所述中間縫隙中的各向異性材料的局部連接所對應(yīng)的層間連接彈性模量，E_b為所述各個碳布層之間各向同性材料的均勻連接所對應(yīng)的層間連接彈性模量，x為選取的碳布層平面支撐點(diǎn)和受力點(diǎn)之間任意周期性微觀結(jié)構(gòu)的點(diǎn)到該支撐點(diǎn)的長度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種層疊碳纖維復(fù)合材料的層間連接彈性模量計算方法，其特征在于：所述層疊碳纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)包括層疊的多個碳布層以及設(shè)置在碳布層上下表面的填充材料，每一層碳布層平面內(nèi)的碳纖維編織形成多邊形的周期性微觀結(jié)構(gòu)，該周期性微觀結(jié)構(gòu)的邊由碳纖維組成，不同方向的碳纖維編織后形成位于周期性微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)的中間縫隙，所述中間縫隙由填充材料填充后，使得相鄰兩層碳布層對應(yīng)的上下表面相連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種層疊碳纖維復(fù)合材料的層間連接彈性模量計算方法，其特征在于：所述填充材料由粘結(jié)膠以及長度較碳布層的碳纖維短的短碳纖維束組成。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種層疊碳纖維復(fù)合材料的層間連接彈性模量計算方法，其特征在于：所述短碳纖維束的長度為2～5厘米。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種層疊碳纖維復(fù)合材料的層間連接彈性模量計算方法，其特征在于：所述中間縫隙中的各向異性材料的局部連接是由所述填充材料中短碳纖維束軸向力學(xué)性能來實(shí)現(xiàn)，所述中間縫隙中的各向異性材料的局部連接的力學(xué)性能具有隨機(jī)性；所述各個碳布層之間各向同性材料的均勻連接是由于所述填充材料中短碳纖維束軸向垂直于碳布層上下表面的層間方向，填充材料性質(zhì)各向同性，所述各個碳布層之間各向同性材料的均勻連接的力學(xué)性能不具有隨機(jī)性。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種層疊碳纖維復(fù)合材料的層間連接彈性模量計算方法，其特征在于：所述中間縫隙中的各向異性材料的局部連接所對應(yīng)的層間連接彈性模量E_y按照公式(1-2)計算：

公式(1-2)中，E_f為填充材料中的短碳纖維束的軸向彈性模量，E_m為填充材料中的粘結(jié)膠的彈性模量；ρ_y為中間縫隙的填充材料中短碳纖維束的體積含量；1-ρ_y為中間縫隙的填充材料中粘結(jié)膠的體積含量；x_mg0為一個中間縫隙的最小寬度，x_mg0取值為短碳纖維束的直徑尺寸；λ為中間縫隙的寬度和最小寬度之比；σ為工藝決定的短碳纖維束數(shù)量隨機(jī)變化分布的方差；α_cp為工藝參數(shù)對短碳纖維束的體積含量影響的工藝能力系數(shù)，α_cp取值范圍為[0,1]；β為中間縫隙寬度結(jié)構(gòu)參數(shù)對短碳纖維束數(shù)量分布方差的影響系數(shù)，β取值范圍為[0,1]；y為任意中間縫隙的點(diǎn)和該中間縫隙中心的距離。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種層疊碳纖維復(fù)合材料的層間連接彈性模量計算方法，其特征在于：所述各個碳布層之間各向同性材料的均勻連接所對應(yīng)的層間連接彈性模量E_b按照公式(1-3)計算：

公式(1-3)中，E_f為填充材料中的短碳纖維束的軸向彈性模量，E_m為填充材料中的粘結(jié)膠的彈性模量；μ為短碳纖維束副方向和主方向的彈性模量比，所述主方向指短碳纖維束軸向，所述副方向指短碳纖維束軸向以外其他方向；為碳布層的上下兩個表面的填充材料中短碳纖維束的體積含量。