[发明专利]一种碳纤维复合材料界面相力学性能优化方法

说明书

本申请属于材料结构力学领域，特别涉及一种碳纤维复合材料界面相力学性能优化方法，包括：步骤一、在ANSYS内建立有限元模型，将所述有限元模型的设计变量进行参数化；步骤二、使用ISIGHT读取所述有限元模型，并识别所述有限元模型内的设计变量；步骤三、在所述ISIGHT内选取优化算法，并定义所述优化算法的参数；步骤四、对所述优化模型进行优化迭代，得到优化结果；步骤五、对所述优化结果进行后处理。该方法证实了界面的性能可以通过粘接的方式得到控制，并进一步发现，界面性能对复合材料的各种性能影响的程度不同，复合材料的界面是可设计的，并能够得到一种综合性能的“平衡”或最优化。

技术领域

本申请属于材料结构力学领域，特别涉及一种碳纤维复合材料界面相力学性能优化方法。

背景技术

人们在复合材料的细观结构与宏观性能间的关系这一关键性问题上进行了长期的研究和探索，力图用细观力学的原理来设计复合材料，推动新型复合材料的研制与发展，进而掌握材料增强、增韧的内在规律，特别是在近30年来，取得了非常大的研究成果。由此，材料的设计工作深入到更深的层次上，即材料的微结构设计。随着复合材料研究的深入，对于复合材料微结构的优化和设计受到越来越多人的重视。但是，大量的工作的目的是从界面相粘结性能的角度对界面进行改性，缺少碳纤维复合材料的界面相微结构进行优化设计的方法。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种碳纤维复合材料界面相力学性能优化方法，以解决对碳纤维复合材料的界面相微结构进行优化设计。

本申请的技术方案是：

一种碳纤维复合材料界面相力学性能优化方法，包括：

步骤一、在ANSYS内建立有限元模型，将所述有限元模型的设计变量进行参数化；

步骤二、使用ISIGHT读取所述有限元模型，并识别所述有限元模型内的设计变量；

步骤三、在所述ISIGHT内选取优化算法，并定义所述优化算法的参数；

步骤四、对所述优化模型进行优化迭代，得到优化结果；

步骤五、对所述优化结果进行后处理。

根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤一中的所述有限元模型的设计变量包括界面相各层的杨氏模量、界面相各层的半径以及界面相各层的厚度。

根据本申请的至少一个实施方式，所述优化算法包括邻域培养遗传算法。

根据本申请的至少一个实施方式，所述优化算法的参数包括个体编码长度、种群规模、遗传代数、交叉率以及变异率。

根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤三还包括：

创建批处理文件，在所述批处理文件中定义所述有限元模型的位置以及输出优化结果文件的位置。

根据本申请的至少一个实施方式，所述后处理包括绘制目标变量随设计变量变换情况图、目标变量随优化运行次数变化图、计算支配函数以及最优解。

根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤五后，还包括绘制所述碳纤维复合材料界面相各层拉伸弹性模量图。

根据本申请的至少一个实施方式，根据所述碳纤维复合材料界面相各层拉伸弹性模量图绘制出拉伸弹性模量随某根纤维的界面相厚度变化的曲线图。

根据本申请的至少一个实施方式，利用插值绘制出所述拉伸弹性模量随某根纤维的界面相厚度变化的曲线图。

根据本申请的至少一个实施方式，，所述有限元模型为密排六边形体元的平面应力模型。

本申请至少存在以下有益技术效果：