[发明专利]一种平纹编织复合材料预制体细观模型建立方法

说明书

本发明公开了一种平纹编织复合材料预制体细观模型建立方法，首先选择铺层网格模型并输入所需参数，按照预设顺序遍历网格中的经线和纬线，对网格模型中的全部交点进行波峰波谷分类，其次将铺层网格中的经线映射为经纱中心线曲线组，将铺层网格中的纬线映射为纬纱中心线曲线组，得到铺层网格整体平纹编织纱线中心线曲线组，接着根据纬线以及对应的纬纱曲线段各节点和映射节点得到平纹编织复合材料预制体经纱细观几何模型，根据经线以及对应的经纱曲线段各节点和映射节点得到平纹编织复合材料预制体纬纱细观几何模型，组合经纱细观几何模型和纬纱细观几何模型，得到平纹编织复合材料预制体整体细观几何模型，完成建模。

技术领域

本发明涉及编织复合材料预制体建模技术领域，具体而言涉及一种平纹编织复合材料预制体细观模型建立方法。

背景技术

复合材料有高强度、高弹性模量、低密度、耐高温、抗烧蚀等特点，具有代替金属作为航空发动机热端部件材料的潜力，复合材料的研究成为航空材料领域研究的热门。其中，编织复合材料是复合材料的主要类型，包括2维编织、2.5维编织和3维编织等。平纹编织复合材料具有复杂的预制体结构，其复杂性很大程度取决于各平纹编织层的型面复杂度，因此预制体铺层的细观模型在编织复合材料细观结构分析中起到关键作用，建立能反映编织复合材料预制体结构细观几何信息的模型是有必要的。

目前对编织复合材料预制体的建模主要分为两种。第一种方法是计算机识别法，专利号为CN106469454A的发明专利一种复合材料细观结构的计算机图形识别技术和三维建模方法，公开了该方法，首先通过XCT技术获得编织复合材料预制体的内部图像，然后通过计算机图形识别技术识别出预制体的经纱和纬纱，将每一幅图片堆叠起来获得编织复合材料预制体的细观模型。但该技术只能对已制造出的结构件进行识别和建模，不能根据设计参数信息进行预制体细观建模，有较大局限性。另一种方法是建立编织复合材料预制体的单胞模型，再对单胞模型进行力学行为分析(见孔春元等,2.5维C/SiC复合材料单胞模型及刚度预测.航空动力学报,2011(11):第2459-2467页)。该方法只建立了单胞模型，无法应用于几何型面较为复杂的编织复合材料模型力学行为分析。

此外还有对平纹编织复合材料预制体纱线路径进行模拟的方法(见杨波等，基于曲面信息的平面织物铺覆改进渔网算法.复合材料学报,2014,31(1):第227-233页)，该方法仅根据铺层曲面的几何形状对经纬纱的路径进行模拟，没有建立预制体的细观模型，对于复杂结构的平纹编织预制体无法进行细观结构的力学分析。

因此，有必要设计一种编织复合材料预制体的细观建模方法，根据相关参数完成纱线中心线路径与截面计算，能够满足多种型面铺层的预制体细观模型建立。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平纹编织复合材料预制体细观模型建立方法，首先选择铺层网格模型并输入所需参数，按照预设顺序遍历网格中的经线和纬线，对网格模型中的全部交点进行波峰波谷分类，其次将铺层网格中的经线映射为经纱中心线曲线组，将铺层网格中的纬线映射为纬纱中心线曲线组，得到铺层网格整体平纹编织纱线中心线曲线组，接着根据纬线以及对应的纬纱曲线段各节点和映射节点得到平纹编织复合材料预制体经纱细观几何模型，根据经线以及对应的经纱曲线段各节点和映射节点得到平纹编织复合材料预制体纬纱细观几何模型，组合经纱细观几何模型和纬纱细观几何模型，得到平纹编织复合材料预制体整体细观几何模型，完成建模。

为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种平纹编织复合材料预制体细观模型建立方法，所述方法包括：

S1：选择铺层网格模型，并输入所需参数，所述参数包括经线、纬线的坐标数据，纱线间隙z，铺层厚度h，纱线长径尺寸d，建模精度e，其中，d＜z。