[发明专利]一种三维四向编织复合材料的RVE模型离散化方法

权利要求书

1.一种三维四向编织复合材料的RVE模型离散化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S100：通过细观力学分析方法提取六面体结构的RVE模型，得到RVE模型的编织角、纤维束的直径；

S200：根据三维四向编织复合材料的内部纤维束的空间走向确定纤维束的空间位置，利用mathematics平台生成纤维束与基体之间的界面并得到界面函数；

S300：通过20节点等参单元对三维四向编织复合材料的RVE模型进行离散化有限元分析得到刚度矩阵；

S400：通过界面函数判断高斯积分点的位置并计算不同的材料属性矩阵；

S500：将RVE模型的编织角、纤维束的直径通过有限元软件进行建模，生成只含基体的RVE模型，采用20结点等参单元对只含基体的RVE模型进行网格划分，定义分析步、施加约束并生成input文件。

2.根据权利要求1所述的一种三维四向编织复合材料的RVE模型离散化方法，其特征在于，在S300中，通过20节点等参单元对三维四向编织复合材料的RVE模型进行离散化有限元分析得到刚度矩阵方法为：通过单元离散将RVE模型划分为纤维束单元、基体单元和既含纤维束又含基体的混合单元；

RVE模型的整体刚度矩阵表示为：

其中[K_Y]代表纤维束单元、[K_M]基体单元和[K_Mix]为混合单元的刚度矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种三维四向编织复合材料的RVE模型离散化方法，其特征在于，在S300中，纤维束单元、基体单元和混合单元的刚度矩阵表示为：

其中[D_i]为是材料属性矩阵，i为Y、M、Mix标号中的任意一个标号，即[D_i]表示：[D_Y]纤维束材料属性矩阵、[D_M]基体材料属性矩阵、[D_Mix]混合材料属性矩阵；[J]为雅可比矩阵，[B]为应变位移矩阵。

4.根据权利要求3所述的一种三维四向编织复合材料的RVE模型离散化方法，其特征在于，在S300中，利用三维高斯求积公式求解每个单元的刚度矩阵将[K_i]表示为：

其中，α_i,β_j,λ_k都是高斯积分点。

5.根据权利要求4所述的一种三维四向编织复合材料的RVE模型离散化方法，其特征在于，在S400中，计算不同的材料属性矩阵的方法为：

由于三维四向编织复合材料的RVE模型中的基体是各向同性材料，基体材料属性矩阵为[D_M]，纤维束为横观各向同性，纤维束材料属性矩阵为[D_Y]表示为：

[D_Y]＝[T]^T[D′_Y][T]；

其中，[T]为变换矩阵，混合材料属性矩阵[D_Mix]是随着高斯积分点的位置变换。

6.根据权利要求5所述的一种三维四向编织复合材料的RVE模型离散化方法，其特征在于，通过界面函数判断高斯积分点的位置，积分点在纤维束上则用纤维束材料属性矩阵[D_Y]，积分点在基体上则用基体材料属性矩阵[D_M]，其中[D′_Y]是局部坐标下的纤维束材料属性矩阵，表示为：

其中，E₁和E₂为纤维束的杨氏模量；γ₁₂和γ₂₃为纤维束的泊松比；G₁₂和G₂₃为纤维束的剪切模量。