[发明专利]多层复合结构数值模型及性能特性研究方法

权利要求书

1.多层复合结构数值模型及性能特性研究方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：采用缝合线浸树脂的方法将玻璃纤维增强层和碳纤维织物层连结起来，构成两面是玻璃纤维，中间是碳纤维织物的复合材料；

步骤二：采用ABAQUS软件建立玻璃纤维增强层、碳纤维织物层、玻璃纤维增强层复合材料平压有限元模型，玻璃纤维增强层作为基体；

步骤三：采用Tie约束玻璃纤维增强层和碳纤维织物层之间不发生相对运动，采用Embedded约束缝合线树脂柱嵌入基体中；

步骤四：建立玻璃纤维增强层压缩失效准则，基于Hasin理论作为其失效损伤依据，损伤模式为基体的压缩压溃；

步骤五：碳纤维织物层采用单胞单元，缝合线树脂柱采用一维线性杆单元，建立几何结构模型；

步骤六：将缝合线树脂柱嵌入基体中进行多尺度分析，在不考虑缝合线树脂柱滑移的前提下，建立基体、缝合线树脂柱单元的位移转换矩阵，进而推导复合材料细观单胞的刚度矩阵；

步骤七：将缝合线树脂柱杆单元嵌入基体进行有限元模拟，获取复合材料的全场位移、应变和应力响应特性。

2.根据权利要求1所述的多层复合结构数值模型及性能特性研究方法，其特征在于：所述步骤二中，采用杆单元模拟缝合线树脂柱，用六面体单元模拟玻璃纤维增强层，将杆单元和六面体单元作为细观有限元实体模型。

3.根据权利要求2所述的多层复合结构数值模型及性能特性研究方法，其特征在于：所述步骤四中，具体公式如下：

式中:Y_c为横向压缩强度；S_T为横向剪切强度；σ₂为面板受到的横向应力；τ₁₂为面板受到的剪切力。

4.根据权利要求3所述的多层复合结构数值模型及性能特性研究方法，其特征在于：所述步骤六中，刚度矩阵分基体八节点六面体单元的刚度矩阵和缝合线树脂柱两节点杆单元的刚度矩阵，首先，通过三维八节点六面体参数单元、坐标变换与位移模式，采用统一形函数推导出弹性矩阵D，应变矩阵B，得到基体八节点六面体单元的刚度矩阵：

其中ε，η，ξ为节点的局部坐标。

5.根据权利要求4所述的多层复合结构数值模型及性能特性研究方法，其特征在于：缝合线树脂柱两节点杆单元的刚度矩阵为：

其中，E_L，A和L分别是缝合线的纵向弹性模量，截面积和单元内的长度。

6.根据权利要求5所述的多层复合结构数值模型及性能特性研究方法，其特征在于：所述步骤七中，将缝合线树脂柱杆单元嵌入基体进行有限元模拟的具体流程为：将复合材料的整体模型导入有限元软件ABAQUS/Standard中，采用六面体八节点减缩积分单元网格划分构件，输入相应的材料弹性常数，读取单元尺寸及缝合线几何位置信息，调用缝合线嵌入基体计算单元刚度并集成，然后施加边界条件，获取复合材料的全场位移、应变和应力响应特性。

7.根据权利要求6所述的多层复合结构数值模型及性能特性研究方法，其特征在于：所述步骤七中，采用桥联矩阵的方法，通过调节桥联参数表达细观几何结构和组分材料性能的变化。