[发明专利]一种交织与层压混合铺层复合材料层压板建模及分析方法

权利要求书

1.一种交织与层压混合铺层复合材料层压板建模和分析方法，其特征在于，包括步骤：

S1：设计交织与层压混合铺层结构

S11：根据载荷和工况，设计复合材料层压板中的交织铺层的铺放位置和交织方式，以及交织铺层和层压铺层的混合比例；

S12：根据复合材料层压板的厚度要求，设计交织铺层和层压铺层各自的铺层角度、铺层数量和铺层顺序，以及交织铺层中纤维带带宽和纤维带间隔；

S2：基于步骤S1中设计的交织与层压混合铺层结构，分别生成基础层压铺层模型和基础交织铺层模型

S21：建立网格单胞单元并根据铺层角度参数化网格单胞单元，分别建立具有不同铺层角度的层压铺层单层网格单元和交织铺层单层网格单元；

S22：基于步骤S21中创建的层压铺层单层网格单元，在输入文件中输入每根纤维带的长、宽和相对几何位置，生成基础层压铺层模型，所述基础层压铺层模型的数量与层压铺层的铺层角度的数量对应；

S23：基于步骤S21中创建的交织铺层单层网格单元，并根据步骤S1中所设计的交织铺层的铺放位置和铺层角度以及纤维带带宽和纤维带间隔，生成具有不同交织类型的基础交织铺层模型；

S3：根据步骤S1中设计的铺层结构排列组合基础层压铺层模型和基础交织铺层模型，建立交织与层压混合铺层复合材料层压板3D模型；

S4：对建立的交织和层压混合铺层复合材料层压板3D模型，进行材料属性、边界条件及加载方式设置，实现对交织和层压混合铺层复合材料层压板的力学性能的有限元分析。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S11中，将交织铺层布置在复合材料层压板的层间性能薄弱位置，将层压铺层布置在承担面内载荷的位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S23中，基础交织铺层模型的交织类型包括全部通过对间隔铺层进行填补形成连续交织层，不同铺层角度的间隔铺层与填补铺层在空间上铺平整个结构，形成连续交织铺层结构，并且铺层角度和铺层顺序匹配，实现基础交织铺层模型的厚度均匀。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S23中，基础交织铺层模型的交织类型包括通过连续的复合材料单层将间隔铺层与填补铺层交织起来，形成厚度均匀的基础交织铺层模型。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3包括将基础层压铺层模型和基础交织铺层模型按照铺层角度进行归类，然后按照铺层结构设计排列组合基础层压铺层模型和基础交织铺层模型，叠合建立交织与层压混合铺层复合材料层压板3D模型。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述交织与层压混合铺层复合材料层压板3D模型包括单向或多向复合材料层压板3D模型、交织铺层复合材料层压板3D模型和交织与层压混合铺层复合材料层压板3D模型。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，对所建立的交织与层压混合铺层复合材料层压板3D模型中的每根纤维带和各个铺层进行材料属性设置，实现多向层压板、单向层压板、交织铺层、混杂纤维铺层中的一种或任意组合的多种形式混合的复合材料层压板结构。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4具体过程如下：

S41：将参数化建模工具生成的模型文件导入有限元求解软件中，对建立的交织与层压混合铺层复合材料层压板3D模型的边界和加载条件、运行控制条件进行设置；

S42：运行交织与层压混合铺层复合材料层压板3D模型，获取对应的应力-应变曲线和损伤云图；

S43：结合梁、经典层压板理论，以及实验测试结果，对步骤S42中的仿真结果进行有效性和误差评价。