[發明專利]一種2.5D編織復合材料單胞模型的建模方法

有效

• 申請號: 202110461275.5
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113192576B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 王旭鵬;劉舒偉;劉峰峰
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G16C10/00;G16C20/80;G06F30/20
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 涂秀清

本發明公開了一種2.5D編織復合材料單胞模型的建模方法，具體按照如下步驟進行：步驟1：確定經向2.5D淺交彎聯編織復合材料結構的交織方式，編織形成2.5D編織復合材料；步驟2：復合材料劃分為若干基體單胞模型；確定不同紗線的截面形狀。步驟3：得到經向紗、緯向紗和經向增強紗的紗線實體模型；步驟4：在紗線實體模型上截出單胞實體模型；通過布爾剪切運算得到基體實體模型，紗線實體模型和基體實體模型組合得到整體單胞模型。本發明通過與真實材料內部結構對比，對模型進行簡化，在能真實模擬經向增強2.5D淺交彎聯編織復合材料內部結構的同時，能對其材料的有限元分析提供了便利。

技術領域

本發明屬于材料的有限元分析技術領域，具體涉及一種2.5D編織復合材料單胞模型的建模方法。

背景技術

2.5D編織復合材料具有良好的層間力學性能、抗剪切性、結構整體性和可設計性。隨著生產技術的進步，應用領域已從航空和國防軍工擴展到船舶和近海工程、醫療器械與仿生制品、建筑與土木工程、體育與娛樂用品等領域。但是由于其內部多樣且復雜的結構，采用有限元分析時不能建立起合適的內部單胞結構模型，使得其有限元分析具有一定的困難，因此，綜合來看，目前2.5D編織復合材料單胞模型的建模有待進一步優化提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種2.5D編織復合材料單胞模型的建模方法，解決了目前2.5D編織復合材料單胞模型的建模有待進一步優化提高的一部分問題。

本發明所采用的技術方案是，

一種2.5D編織復合材料單胞模型的建模方法，具體按照如下步驟進行：

步驟1：首先確定經向增強的2.5D淺交彎聯編織復合材料結構的交織方式，交織方式包括經向紗、緯向紗和經向增強紗；對設計好的結構進行編織，處理后形成一整塊矩形2.5D編織復合材料；

步驟2：將所述復合材料的截面區域劃分為若干重復排列的單胞實體模型；掃描六面體單胞模型得到其截面形狀，根據六面體單胞模型的截面紗線形狀來確定經向紗截面、緯向紗截面以及經向增強紗截面形狀為八邊形。

步驟3：按照經向增強淺交彎聯紗線軌跡畫出經向紗、緯向紗和經向增強紗的紗線軌跡，計算徑向紗、緯向紗和經向增強紗的八邊形截面尺寸，以計算得到的八邊形尺寸為紗線截面形狀進行掃描命令得到經向紗、緯向紗和經向增強紗的紗線實體模型；

步驟4：通過計算得到單胞模型的長寬高，以計算得到的單胞長寬高為據在紗線實體模型上截出單胞紗線實體模型；建立與單胞長寬高相等的六面體，通過與單胞紗線實體模型進行布爾運算差集得到基體實體模型，紗線實體模型和基體實體模型相互組合得到整體單胞模型。

本發明的特點還在于，

步驟1中，處理具體為：對編織好的2.5D淺交彎聯編織復合材料預制件以加熱、壓縮的形式，經過加熱融化、冷卻加固這個過程。

步驟2中，單胞模型為一個六面體單胞實體模型，由經向紗實體、緯向紗實體、經向增強紗實體和基體單胞模型貼合在一起組成。

步驟3中，截出單胞實體模型的裁剪依據為：單胞通過在長、寬、高方向上的不斷重復堆砌可得到整塊矩形2.5D編織復合材料。

步驟3和步驟4中的幾何參數的具體計算為：

根據單胞紗線交織間的幾何關系可得如下公式(1-4)、(1-5)以及(1-6)：

其中：L_z為復合材料的實際厚度，由實際測量得到；N_h為材料厚度方向上緯紗根數。θ為編織角