[發(fā)明專利]一種針刺C/C復(fù)合材料彈性模量計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810775959.0
• 申請(qǐng)日: 2018-07-16
• 公開（公告）號(hào): CN109063280B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建偉;安培釗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F17/16;G01N3/40
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 姜榮麗

1.一種針刺C/C復(fù)合材料彈性模量計(jì)算方法，其特征在于，具體包括步驟：

步驟一、基于針刺C/C復(fù)合材料混合率計(jì)算方法，利用Halpin-Tsai計(jì)算模型和Gox方程建立針刺C/C復(fù)合材料彈性模量的修正計(jì)算模型；

所述修正計(jì)算模型如下：

E_x為針刺C/C復(fù)合材料的縱向拉伸模量；

χ為修正因子；

E_f為纖維的拉伸模量；

c_f為纖維的體積分?jǐn)?shù)；

E_m為基體的拉伸模量；

β為纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征系數(shù)；

l_f為纖維的統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)度；

G_m為基體的剪切模量；

R_f為纖維的直徑；

R為代表性體積單元的特征長(zhǎng)度即橫向截面的長(zhǎng)度；

E_c代表針刺C/C復(fù)合材料的橫向拉伸模量或橫向剪切模量或縱向剪切模量或橫向泊松比或縱向泊松比；

ζ為針刺C/C復(fù)合材料的特征因子；

η為針刺C/C復(fù)合材料增強(qiáng)系數(shù)；

步驟二、將針刺C/C復(fù)合材料的組分材料性能參數(shù)代入所述針刺C/C復(fù)合材料彈性模量的修正計(jì)算模型，分別計(jì)算針刺C/C復(fù)合材料中每一纖維束層和每一網(wǎng)胎層的彈性模量，根據(jù)彈性模量與柔度矩陣的柔度系數(shù)之間的變化關(guān)系分別求取每一纖維束層和每一網(wǎng)胎層的柔度矩陣，根據(jù)柔度矩陣與剛度矩陣的關(guān)系分別求得每一纖維束層的剛度矩陣和每一網(wǎng)胎層的剛度矩陣；

彈性模量與柔度矩陣的柔度系數(shù)之間的變化關(guān)系如下所示：

S₁₁、S₁₂、S₁₃、S₃₃、S₄₄、S₆₆為柔度系數(shù)；

E_x為針刺C/C復(fù)合材料的縱向拉伸模量；

ν_xy為針刺C/C復(fù)合材料的縱向泊松比；

ν_xz為針刺C/C復(fù)合材料的橫向泊松比；

E_z為針刺C/C復(fù)合材料的橫向拉伸模量；

G_yz和G_zx同為針刺C/C復(fù)合材料的橫向剪切模量，二者數(shù)值相等；

G_xy為針刺C/C復(fù)合材料的縱向剪切模量；

步驟三、基于均勻化理論和層板復(fù)合材料理論，將針刺C/C復(fù)合材料中任一個(gè)纖維束層的剛度矩陣和相鄰的網(wǎng)胎層的剛度矩陣代入線性簡(jiǎn)化剛度矩陣積分公式，計(jì)算一個(gè)針刺C/C復(fù)合材料復(fù)合層的剛度矩陣，根據(jù)剛度矩陣與柔度矩陣的關(guān)系，求取相應(yīng)的針刺C/C復(fù)合材料復(fù)合層的柔度矩陣，由所述彈性模量與柔度矩陣的柔度系數(shù)之間的變化關(guān)系求出一個(gè)針刺C/C復(fù)合材料復(fù)合層的彈性模量；所述針刺C/C復(fù)合材料復(fù)合層通過一個(gè)纖維束層和一個(gè)網(wǎng)胎層疊加形成；

所述線性簡(jiǎn)化剛度矩陣積分公式如下所示：

[Q]_s＝η_uf[Q]_uf+η_sf[Q]_sf；

[Q]_s為針刺C/C復(fù)合材料復(fù)合層的剛度矩陣；

[Q]_uf為針刺C/C復(fù)合材料纖維束層的剛度矩陣，且

[Q]_sf為針刺C/C復(fù)合材料網(wǎng)胎層的剛度矩陣，且

η_uf為纖維束層的積分系數(shù)；

η_sf為網(wǎng)胎層的積分系數(shù)；

C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₃₃、C₄₄、C₆₆為剛度系數(shù)；

步驟四、根據(jù)步驟三分別求出三個(gè)針刺C/C復(fù)合材料復(fù)合層的彈性模量，將三個(gè)所述針刺C/C復(fù)合材料復(fù)合層的彈性模量代入有限元計(jì)算模型中，加載邊界條件和應(yīng)變載荷，求出針刺C/C復(fù)合材料的彈性模量；

所述應(yīng)變載荷為獨(dú)立的六組，具體為：[0.1 0 0 0 0 0]^T；[0 0.1 0 0 0 0]^T；[0 0 0.10 0 0]^T；[0 0 0 0.1 0 0]^T；[0 0 0 0 0.1 0]^T；[0 0 0 0 0 0.1]^T。