[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

说明书

本公开提供一种三维四向编织复合材料的RVE模型离散化方法，为了克服传统的RVE模型建模需要对纤维束和基体分别建模，在进行大量的数值模拟的时候，实现只需要输入模型的几何参数和材料属性，对三维编织复合材料进行力学性能的分析；在Abaqus里生成纤维束单元、基体单元和既包含纤维束又包含基体的混合单元，再结合input文件的修改，实现了三维编织复合材料的细观力学性能分析，降低了RVE模型在建模过程消耗的大量时间，还可以推广到其他类型的复合材料，列如短纤维复合材料，颗粒夹杂复合材料等结构复杂的复合材料，而且也可以建立动态的界面函数，实现纤维弯曲、纤维脱粘、纤维滑移等问题的分析，有一定的工程应用价值。

技术领域

本公开属于复合材料技术领域，特别是三维编织复合材料领域，具体涉及一种三维四向编织复合材料的RVE模型离散化方法。

背景技术

三维编织复合材料具有较高的比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳的材料等性能，已经被广泛的应用于航空航天、汽车、体育等领域。传统的层合复合材料一直很受欢迎，但是这种材料受力后易分层，并不满足实际应用的要求。但编织复合材料的出现，克服这一困难。但由于三维四向编织复合材料在细观尺寸上具有复杂的结构，在有限元软件中不易进行建模，传统的编织复合材料RVE模型建模存在以下几个缺点；

(1)、传统的RVE模型建模需要对纤维束和基体分别建模，通过装配，定义接触等操作将纤维束和基体合成一个整体，导致建立的模型与实际情况存在很大的差别，大大的增加了工作量；

(2)、传统的复合材料建模，网格化分时需要考虑单元的使用，大部分只能采用四面体单元；因此，目前需要实现对一种三维四向编织复合材料的RVE模型的离散化方法。

发明内容

本公开提供一种三维四向编织复合材料的RVE模型离散化方法，为了克服传统的RVE模型建模需要对纤维束和基体分别建模，在进行大量的数值模拟的时候，实现只需要输入模型的几何参数和材料属性，对三维编织复合材料进行力学性能的分析；在有限元软件Abaqus中生成纤维束单元、基体单元和既包含纤维束又包含基体的混合单元，再结合input文件的修改，实现了三维编织复合材料的细观力学性能分析。

为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种三维四向编织复合材料的RVE模型离散化方法，所述方法包括以下步骤：

S100：针对三维四向编织复合材料具有周期性分布的特点，通过细观力学分析方法提取六面体结构的几何单胞模型,即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，空间走向即内部纤维束的线性方向，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(Abaqus)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；

进一步地，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方法为：通过单元离散将RVE模型划分为三种单元，所述三种单元包括：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：