[发明专利]一种长纤维增强复合材料等效力学性能预测方法

权利要求书

1.一种长纤维增强复合材料等效力学性能预测方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一，基于随机序列添加方法建立纤维随机分布的三维代表体积单元RVE几何模型；

步骤二，对步骤一所建立的三维代表体积单元RVE模型进行有限元网格划分，在所有的纤维周围的界面位置处提取节点，并根据所提取的节点生成界面节点集合及与其一致的节点编号列表；利用所提取的界面节点生成界面单元集合及单元编号列表；

步骤三：提取有限元模型中所有纤维节点，利用所提取纤维节点生成纤维单元集合及与其一致的单元编号列表，对生成的纤维单元集合的单元赋予纤维材料参数；提取所有基体节点，利用所提取基体节点生成基体节点集合及与之一致的单元编号列表，对生成的基体单元集合的单元赋予基体材料参数；在已生成的界面处的单元集中随机选取界面单元，将随机选取的界面单元模量进行退化作为界面存在的随机脱粘缺陷，剩余界面单元作为未脱粘界面单元赋予相应的未脱粘界面材料参数，即实现各组分材料参数的赋值处理；

步骤三所述各组分材料参数指步骤三中纤维材料参数、基体材料参数、脱粘界面材料参数以及未脱粘界面材料参数；

步骤四：在已生成的含有固定比例的纤/基界面随机脱粘的三维代表体积单元RVE有限元模型边界施加周期性边界条件及所需位移载荷；

步骤五：基于步骤四中的三维代表体积单元RVE有限元模型，由界面脱粘缺陷比例反映考虑界面随机脱粘缺陷的长纤维增强复合材料内部存在界面随机脱粘缺陷情况，按照步骤三赋值处理的各组分材料参数，基于均质化过程求解复合材料等效力学性能，即实现界面固定脱粘缺陷比例情况下的等效力学性能预测；

所述步骤五中基于均质化过程求解复合材料等效力学性能，获得复合材料基本材料性能参数等效值，均质化公式：

其中，E为材料的等效弹性模量，v为材料的等效泊松比，G为材料的等效剪切模量；section node_{in i-direction}forces_{in i-direction}表示所选三维代表体积单元RVE某一边界面上所有节点沿i方向的载荷，sectional area表示该边界面面积，axial strain_{in i-direction}表示该边界面受i方向载荷作用下产生的沿i方向的应变；strain_{in j-direction}表示三维代表体积单元RVE某边界面沿j方向产生的应变，strain_{in i-direction}表示三维代表体积单元RVE某边界面沿i方向产生的应变；Tensors of shear strain表示三维代表体积单元RVE某一边界面承受外载时产生的切向应变，下标“i,j”分别代表x,y,z方向，且i≠j；平面0-x-y是各向同性面。

2.如权利要求1所述的一种长纤维增强复合材料等效力学性能预测方法，其特征在于：还包括步骤六，基于步骤一至步骤五的界面固定脱粘缺陷比例情况下的等效力学性能预测方法，通过改变界面脱粘缺陷比例以实现不同界面脱粘缺陷比例条件下的等效力学性能预测；根据预测结果建立界面脱粘缺陷比例对等效力学性能影响关系曲线，即建立界面随机脱粘对等效力学性能影响关系曲线。

3.如权利要求2所述的一种长纤维增强复合材料等效力学性能预测方法，其特征在于：还包括步骤七，基于步骤六建立的界面随机脱粘实现对等效力学性能影响关系曲线，根据步骤一至步骤六实现实际工况界面脱粘缺陷比例条件下的等效力学性能预测，将工程应用实际工况下界面随机脱粘的等效力学性能预测结果和制备成品的实测力学性能进行对比。