[发明专利]一种2.5D编织复合材料单胞模型的建模方法

说明书

本发明公开了一种2.5D编织复合材料单胞模型的建模方法，具体按照如下步骤进行：步骤1：确定经向2.5D浅交弯联编织复合材料结构的交织方式，编织形成2.5D编织复合材料；步骤2：复合材料划分为若干基体单胞模型；确定不同纱线的截面形状。步骤3：得到经向纱、纬向纱和经向增强纱的纱线实体模型；步骤4：在纱线实体模型上截出单胞实体模型；通过布尔剪切运算得到基体实体模型，纱线实体模型和基体实体模型组合得到整体单胞模型。本发明通过与真实材料内部结构对比，对模型进行简化，在能真实模拟经向增强2.5D浅交弯联编织复合材料内部结构的同时，能对其材料的有限元分析提供了便利。

技术领域

本发明属于材料的有限元分析技术领域，具体涉及一种2.5D编织复合材料单胞模型的建模方法。

背景技术

2.5D编织复合材料具有良好的层间力学性能、抗剪切性、结构整体性和可设计性。随着生产技术的进步，应用领域已从航空和国防军工扩展到船舶和近海工程、医疗器械与仿生制品、建筑与土木工程、体育与娱乐用品等领域。但是由于其内部多样且复杂的结构，采用有限元分析时不能建立起合适的内部单胞结构模型，使得其有限元分析具有一定的困难，因此，综合来看，目前2.5D编织复合材料单胞模型的建模有待进一步优化提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种2.5D编织复合材料单胞模型的建模方法，解决了目前2.5D编织复合材料单胞模型的建模有待进一步优化提高的一部分问题。

本发明所采用的技术方案是，

一种2.5D编织复合材料单胞模型的建模方法，具体按照如下步骤进行：

步骤1：首先确定经向增强的2.5D浅交弯联编织复合材料结构的交织方式，交织方式包括经向纱、纬向纱和经向增强纱；对设计好的结构进行编织，处理后形成一整块矩形2.5D编织复合材料；

步骤2：将所述复合材料的截面区域划分为若干重复排列的单胞实体模型；扫描六面体单胞模型得到其截面形状，根据六面体单胞模型的截面纱线形状来确定经向纱截面、纬向纱截面以及经向增强纱截面形状为八边形。

步骤3：按照经向增强浅交弯联纱线轨迹画出经向纱、纬向纱和经向增强纱的纱线轨迹，计算径向纱、纬向纱和经向增强纱的八边形截面尺寸，以计算得到的八边形尺寸为纱线截面形状进行扫描命令得到经向纱、纬向纱和经向增强纱的纱线实体模型；

步骤4：通过计算得到单胞模型的长宽高，以计算得到的单胞长宽高为据在纱线实体模型上截出单胞纱线实体模型；建立与单胞长宽高相等的六面体，通过与单胞纱线实体模型进行布尔运算差集得到基体实体模型，纱线实体模型和基体实体模型相互组合得到整体单胞模型。

本发明的特点还在于，

步骤1中，处理具体为：对编织好的2.5D浅交弯联编织复合材料预制件以加热、压缩的形式，经过加热融化、冷却加固这个过程。

步骤2中，单胞模型为一个六面体单胞实体模型，由经向纱实体、纬向纱实体、经向增强纱实体和基体单胞模型贴合在一起组成。

步骤3中，截出单胞实体模型的裁剪依据为：单胞通过在长、宽、高方向上的不断重复堆砌可得到整块矩形2.5D编织复合材料。

步骤3和步骤4中的几何参数的具体计算为：

根据单胞纱线交织间的几何关系可得如下公式(1-4)、(1-5)以及(1-6)：

其中：L_z为复合材料的实际厚度，由实际测量得到；N_h为材料厚度方向上纬纱根数。θ为编织角