[發明專利]一種交織與層壓混合鋪層復合材料層壓板建模及分析方法

有效

• 申請號: 201911146368.8
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110826284B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 李敏;魏漢青;顧軼卓;王紹凱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;B32B38/18;G06F119/14;G06F113/26
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 陳磊;張楨

1.一種交織與層壓混合鋪層復合材料層壓板建模和分析方法，其特征在于，包括步驟：

S1：設計交織與層壓混合鋪層結構

S11：根據載荷和工況，設計復合材料層壓板中的交織鋪層的鋪放位置和交織方式，以及交織鋪層和層壓鋪層的混合比例；

S12：根據復合材料層壓板的厚度要求，設計交織鋪層和層壓鋪層各自的鋪層角度、鋪層數量和鋪層順序，以及交織鋪層中纖維帶帶寬和纖維帶間隔；

S2：基于步驟S1中設計的交織與層壓混合鋪層結構，分別生成基礎層壓鋪層模型和基礎交織鋪層模型

S21：建立網格單胞單元并根據鋪層角度參數化網格單胞單元，分別建立具有不同鋪層角度的層壓鋪層單層網格單元和交織鋪層單層網格單元；

S22：基于步驟S21中創建的層壓鋪層單層網格單元，在輸入文件中輸入每根纖維帶的長、寬和相對幾何位置，生成基礎層壓鋪層模型，所述基礎層壓鋪層模型的數量與層壓鋪層的鋪層角度的數量對應；

S23：基于步驟S21中創建的交織鋪層單層網格單元，并根據步驟S1中所設計的交織鋪層的鋪放位置和鋪層角度以及纖維帶帶寬和纖維帶間隔，生成具有不同交織類型的基礎交織鋪層模型；

S3：根據步驟S1中設計的鋪層結構排列組合基礎層壓鋪層模型和基礎交織鋪層模型，建立交織與層壓混合鋪層復合材料層壓板3D模型；

S4：對建立的交織和層壓混合鋪層復合材料層壓板3D模型，進行材料屬性、邊界條件及加載方式設置，實現對交織和層壓混合鋪層復合材料層壓板的力學性能的有限元分析。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S11中，將交織鋪層布置在復合材料層壓板的層間性能薄弱位置，將層壓鋪層布置在承擔面內載荷的位置。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S23中，基礎交織鋪層模型的交織類型包括全部通過對間隔鋪層進行填補形成連續交織層，不同鋪層角度的間隔鋪層與填補鋪層在空間上鋪平整個結構，形成連續交織鋪層結構，并且鋪層角度和鋪層順序匹配，實現基礎交織鋪層模型的厚度均勻。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S23中，基礎交織鋪層模型的交織類型包括通過連續的復合材料單層將間隔鋪層與填補鋪層交織起來，形成厚度均勻的基礎交織鋪層模型。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3包括將基礎層壓鋪層模型和基礎交織鋪層模型按照鋪層角度進行歸類，然后按照鋪層結構設計排列組合基礎層壓鋪層模型和基礎交織鋪層模型，疊合建立交織與層壓混合鋪層復合材料層壓板3D模型。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述交織與層壓混合鋪層復合材料層壓板3D模型包括單向或多向復合材料層壓板3D模型、交織鋪層復合材料層壓板3D模型和交織與層壓混合鋪層復合材料層壓板3D模型。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S4中，對所建立的交織與層壓混合鋪層復合材料層壓板3D模型中的每根纖維帶和各個鋪層進行材料屬性設置，實現多向層壓板、單向層壓板、交織鋪層、混雜纖維鋪層中的一種或任意組合的多種形式混合的復合材料層壓板結構。

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S4具體過程如下：

S41：將參數化建模工具生成的模型文件導入有限元求解軟件中，對建立的交織與層壓混合鋪層復合材料層壓板3D模型的邊界和加載條件、運行控制條件進行設置；

S42：運行交織與層壓混合鋪層復合材料層壓板3D模型，獲取對應的應力-應變曲線和損傷云圖；

S43：結合梁、經典層壓板理論，以及實驗測試結果，對步驟S42中的仿真結果進行有效性和誤差評價。