[发明专利]山棕纤维床垫的横观各向同性材料有限元模型建立方法

权利要求书

1.一种山棕纤维床垫的横观各向同性材料有限元模型建立方法，其特征在于，包括：

S1，对山棕纤维床垫的原材料分别在x方向、y方向和z方向进行拉伸压缩实验，分别得到x方向、y方向和z方向的力学参数；

S2，对山棕纤维床垫的原材料在竖直方向进行剪切实验，得到剪切参数；

S3，将x方向、y方向和z方向的力学参数、剪切参数和广义胡克定律进行比较，得到柔度系数与工程弹性常数的对应关系；

S4，计算出柔度矩阵所对应的五个工程弹性常数，即为山棕纤维床垫的横观各向同性材料参数，其中，横观各向同性材料参数分别沿x方向的弹性模量E_x、沿z向的弹性模量E_z、x-y平面内的泊松比ν_xy、x-z y-z平面内的泊松比ν_zx、以及x-z,y-z平面内剪切方向的剪切模量G；

S5，根据计算出的横观各向同性材料参数，建立山棕纤维床垫的横观各向同性材料有限元模型。

2.根据权利要求1所述的山棕纤维床垫的横观各向同性材料有限元模型建立方法，其特征在于，步骤S1包括：

对山棕纤维床垫的原材料在x方向进行拉伸或压缩，有：

对山棕纤维床垫的原材料在y方向进行拉伸或压缩，有：

对山棕纤维床垫的原材料在z方向进行拉伸或压缩，有：

其中，ε表示的是对应方向上的应变，σ表示的是对应方向上的应力，ν表示的是对应方向上的泊松比，E表示的是对应方向上的弹性模量。

3.根据权利要求2所述的山棕纤维床垫的横观各向同性材料有限元模型建立方法，其特征在于，步骤S2包括：

当山棕纤维床垫的原材料受到竖直方向的剪切作用时，有：

其中，τ表示的是对应方向上的切应力，γ表示的是对应方向上的切应变，G表示的是对应方向上的剪切模量。

4.根据权利要求3所述的山棕纤维床垫的横观各向同性材料有限元模型建立方法，其特征在于，对于横观各向同性弹性体，其应力应变关系遵循广义胡克定律，即有：

其中，矩阵[S_ij]表示的是柔度矩阵；

步骤S3包括：

将式子(5)和式子(1)、(2)、(3)、(4)进行比较，得到柔度系数与工程弹性常数的对应关系为：

5.根据权利要求4所述的山棕纤维床垫的横观各向同性材料有限元模型建立方法，其特征在于，将柔度矩阵[S_ij]使用工程常数表示为：

由于柔度矩阵[S_ij]为对称阵，所以式子(6)共有五个未知量，即为山棕纤维床垫的横观各向同性材料参数，分别为沿x方向的弹性模量E_x，沿z向的弹性模量E_z，x-y平面内的泊松比ν_xy，x-z y-z平面内的泊松比ν_zx，以及x-z,y-z平面内剪切方向的剪切模量G。

6.根据权利要求1所述的山棕纤维床垫的横观各向同性材料有限元模型建立方法，其特征在于，步骤S1的拉伸压缩实验和步骤S2的剪切实验均通过MTS材料试验机进行。