[發明專利]一種基于細觀力學的單向纖維復合材料力學性能預測方法

在審

• 申請號: 202110663827.0
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113312824A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 李澤超;校金友;馬小龍;雷鳴;文立華
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 屠沛

1.一種基于細觀力學的單向纖維復合材料力學性能預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)獲取復合材料纖維的特征信息，所述特征信息包括纖維截面的幾何參數以及纖維體積分數；

2)根據步驟1)獲取的特征信息構建等效細觀分析模型；

3)基于步驟2)構建的等效細觀分析模型，采用基于細觀力學的均勻化方法，構建復合材料微元的細觀力學控制方程，然后結合等效細觀分析模型的幾何參數，對微元進行積分，獲得復合材料不同方向的等效彈性常數計算公式；

4)將步驟3)獲得的復合材料不同方向的等效彈性常數計算公式，與纖維和基體的材料參數結合，獲取復合材料的等效性能參數，預測復合材料力學性能。

2.根據權利要求1所述的一種基于細觀力學的單向纖維復合材料力學性能預測方法，其特征在于：

步驟1)中，采用掃描電鏡或顯微CT掃描獲取纖維截面的幾何參數，并對掃描獲得的圖像采用統計學方法得到纖維體積分數v_f。

3.根據權利要求2所述的一種基于細觀力學的單向纖維復合材料力學性能預測方法，其特征在于：

步驟1)中，所述纖維的截面為橢圓形，橢圓形的半長軸為a，半短軸為b。

4.根據權利要求3所述的一種基于細觀力學的單向纖維復合材料力學性能預測方法，其特征在于，步驟2)具體為：

根據步驟1)獲取的特征信息，構建邊長為2h的包含橢圓形纖維的復合材料正方形基體細觀分析模型

5.根據權利要求4所述的一種基于細觀力學的單向纖維復合材料力學性能預測方法，其特征在于：

步驟3)中，x方向等效彈性常數為：

E_xx＝E_fxxv_f+E_m(1-v_f)

y方向等效彈性常數均勻化計算過程為：取含有纖維部分的微元，列出控制方程如下：

σ_y＝σ_fy＝σ_my

其中，σ_y，σ_fy和σ_my分別是復合材料、纖維和基體在y方向的應力，ε_y，ε_fy和ε_my分別是復合材料、纖維和基體在y方向的應變，θ為橢圓纖維的動點旋轉角；

對該微元積分并考慮不含纖維的基體部分，則有

采用細觀力學分析方法，推導出復合材料的其余等效參數表達式：

μ_xy＝μ_fxyv_f+μ_m(1-v_f)

μ_xz＝μ_fxzv_f+μ_m(1-v_f)

其中，E_fxx，E_fyy，E_fzz，G_fxy，G_fxz，G_fyz，μ_fxy，μ_fxz，μ_fyz為纖維的材料參數，E_m，G_m和μ_m為樹脂基體的材料參數，E_xx，E_yy，E_zz，G_xy，G_xz，G_yz，μ_xy，μ_xz，μ_yz為復合材料的等效性能參數。