[发明专利]面向碳纤维增强复合材料钻削的多尺度数值仿真方法

权利要求书

1.一种面向碳纤维增强复合材料钻削的多尺度数值仿真方法，其特征是：首先，对基体和纤维进行细观本构与宏观本构建模；其次，进行宏观损伤判断并输出损伤点的信息；第三，调用Python文件对损伤点进行细观建模分析；第四，利用细观建模分析的数据，计算出损伤点等效刚度并返回宏观模型；其中包括以下具体步骤：首先，进行基体、纤维细观本构建模；先通过对碳纤维增强复合材料的实验，采集并计算出碳纤维增强复合材料的在应力单元体中的X,Y,Z方向上的拉伸或压缩极限应力，和XY,XZ,YZ平面上的极限剪应力，即，以及X,Y,Z方向上的杨氏模量E_x,E_y,E_z、XY,XZ,YZ平面上的剪切模量、泊松比G_xy,G_xz,G_yz,ν_xy,ν_xz,ν_yz；其中纤维方向与σ_x即应力单元体中X方向所受应力同向，利用上述数据和失效准则建立失效模型；通过更新的方式，把每一个积分点的相应数据代入失效模型进行失效判断；进而更新刚度矩阵，并代入应力更新函数；其次，进行宏观损伤判断并输出损伤点的信息；当碳纤维增强复合材料板受到钻削力作用时，通过上一步骤中准则来进行失效判断；若失效，则通过Abaqus的子程序vumat将失效点的信息输出到txt格式文件中；第三，调用Python文件对损伤点进行细观建模分析；通过相应的Python程序，先读取上一步骤中输出的txt格式文件，获得损伤点的信息；然后，对损伤点进行再次建模，加大布种密度，将损伤点模型网格细化；而后，把读取到的损伤点信息以边界条件的形式施加到损伤点模型上；最后，启动分析，获得损伤点模型的数据，并输出到txt格式文件中；第四，利用细观建模分析的数据，计算出损伤点等效刚度并返回宏观模型；由损伤点模型获得的应力数据，输入刚度退化模型中；刚度折减由以下公式求得：其中λ为参数，取0.6；E_f、E_m分别为纤维和基体的弹性模量，V_f、V_m分别为纤维和基体的体积含量；

D_f为碳纤维失效概率，由以下公式求得：

其中σ₀为对应测试跨距下尺度参数，σ为损伤点模型获得的应力数据，m为纤维的形状参数；σ0、m由实验测得；通过上述步骤完成对损伤点的刚度折减；而后，将损伤点折减后的刚度返回到宏观模型中，在宏观模型的钻削过程中，同时进行细观与宏观分析并删除折减刚度为零的点，得到分析结果。