[發明專利]一種纖維濕法纏繞張力的設計方法

有效

• 申請號: 202010076651.4
• 申請日: 2020-01-23
• 公開（公告）號: CN111199125B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 饒聰;陸宏光;沈偉;陸偉國
• 申請（專利權）人: 核工業第八研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G16C60/00;B29C70/32;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 許耀

1.一種纖維濕法纏繞張力的設計方法，其特征在于，包括以下過程：

(1)根據纏繞層建立對應層的纖維層與樹脂層有限元模型；

(2)基于層間壓力與纖維體積含量關系公式建立樹脂層徑向本構模型；

(3)將各層纏繞張力轉化為各層纖維層溫度載荷；

(4)殺死所有纏繞層單元；

(5)逐層激活纏繞層單元并施加溫度載荷進行有限元分析；

(6)施加固化溫度載荷進行固化過程有限元分析；

(7)冷卻后有限元分析；

(8)從分析結果中提取包括纖維濕法纏繞的纖維剩余張力、預應力或纖維體積含量在內的參數計算結果，與設計指標對比，從而對纏繞張力進行優化；

過程(2)中，包括以下步驟：

(a)將層間壓力與纖維體積含量關系公式轉化為層間壓力與樹脂層厚度公式從而得到樹脂層徑向彈性本構關系，其中，σ為纏繞層層間壓力，A_s為與樹脂基體及纖維相關的彈性常數，V_a為理想最大纖維體積含量，V_f為纖維體積含量，V₀為初始纖維體積含量，t_f為纖維當量厚度；t₀為V₀對應的樹脂層當量厚度，t_c為V_f對應的樹脂層當量厚度，t_a為V_a對應的樹脂層當量厚度；

(b)在有限元中采用Mooney-Rivlin模型簡化的5參數或9參數超彈性材料單向本構關系函數擬合樹脂層的徑向彈性本構關系；

5參數超彈性材料單元單向本構關系計算公式為：

9參數超彈性單元單向本構關系計算公式為：

其中，σ為纏繞層層間壓力，λ為伸長率，C_ij為MR模型材料常數。

2.根據權利要求1所述的一種纖維濕法纏繞張力的設計方法，其特征在于，過程(1)中，層間接觸線采用非共線的方式建模，耦合層間接觸線的徑向位移分量，以避免不同材料間泊松效應對計算結果的影響。

3.根據權利要求1所述的一種纖維濕法纏繞張力的設計方法，其特征在于，過程(3)中，在定義材料熱膨脹系數及初始溫度場的基礎上，通過等應變轉換，將纏繞張力大小等效為溫差，以此溫差為輸入載荷，即溫度載荷，張力轉換公式如下：

其中，f_cⁱ為溫差，Tⁱ為第i層施加的纏繞張力，α為熱膨脹系數，A_f為纖維截面積，E_f為纖維彈性模量。

4.根據權利要求1所述的一種纖維濕法纏繞張力的設計方法，其特征在于，過程(5)中，溫度載荷施加于纖維層，樹脂層無載荷，未激活層徑向位移分量與被激活層最外層耦合，每激活一層同時釋放該層徑向位移以實現激活層樹脂單元的彈性變形分析。

5.根據權利要求1所述的一種纖維濕法纏繞張力的設計方法，其特征在于，過程(6)中，在纏繞完成后的計算基礎上，對模型中所有單元施加固化溫度載荷進行有限元分析。

6.根據權利要求1所述的一種纖維濕法纏繞張力的設計方法，其特征在于，過程(7)中，耦合各纏繞層層內徑位移分量，以保證纏繞層厚度不再發生改變，對模型中所有單元施加冷卻后溫度載荷進行有限元分析。