[发明专利]多层复合结构数值模型及性能特性研究方法

说明书

本发明提供了多层复合结构数值模型及性能特性研究方法，涉及材料分析技术领域，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；本发明建立复合材料平压有限元模型，将缝合线树脂柱嵌入基体中进行多尺度分析，建立位移转换矩阵，进而推导复合材料细观单胞的刚度矩阵，以此进行有限元模拟，获取复合材料的全场位移、应变和应力响应特性，基于模型计算，有利于缩短工艺参数优化周期，降低成本，对提高构件的可靠性有着非常重要的意义。

技术领域

本发明涉及材料分析技术领域，尤其涉及多层复合结构数值模型及性能特性研究方法。

背景技术

油罐是一种储存油品的容器，是油库的主要设施，油罐按材质可分为非金属油罐和金属油罐两大类，金属油罐最为常用，非金属油罐一般仅用于军队野战油库，包括耐油橡胶软体油罐、玻璃钢油罐和塑料油罐等，油罐固有缺点如下：罐底板受双面腐蚀，极大增加了腐蚀穿孔的概率；能对罐底板渗(泄)漏储油状况下实时监测的方法或手段有限，难以发现微小泄漏、发现渗漏不及时；储罐储油后，下部罐壁受到较大压力，容易发生破裂事故，若发生高液位下罐体突发性开裂，势必会将防火堤冲毁，造成全部油品外泄，当失控的漫流油品遇火源被点燃后，将形成大面积的流火。

鉴于储油罐罐底腐蚀破坏的严重影响以及单层金属罐底板的结构局限性，从20世纪90年代初起，开始了双层罐底板结构以及新型泄漏检测方法的研究，立式储油罐中采用双层罐底结构，由上、下两层金属底板及其中间的支撑件(填充物)组成，两层罐底板之间形成环形空间，可避免单层罐底板结构的双面腐蚀，降低罐底板的腐蚀速率，同时防止油品泄漏时污染物的扩散，并能采取可靠方法进行油品泄漏检测，但是，以往的双层罐底复合结构的支撑件一般通过增强层和织物层组成，增强层和中间的立体织物层彼此分开，增强层是玻璃纤维毡铺层，层与层之间容易开裂，降低了层间结合力，特别是在玻璃纤维毡铺层搭接处，容易开裂，一旦开裂，将成为原油渗漏的起始点，会造成罐底的集中腐蚀，同时，在玻璃纤维毡增强层与立体织物之间，仅靠树脂进行粘结，存在一个界面层，该界面层较薄，造成粘结力较弱，在受到较大的冲击作用下，容易错开，使得该处也成为渗漏的集中区域；为了解决此问题，提出了：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，在此材料的研究中，由于玻璃纤维增强层、碳纤维立体织物层材料呈现出各向异性，其内部应力场非均匀化，本质上影响了复合材料的力学性能，传统的评价力学性能的方法不能反映应力分布的真实状态，同时，由于纵向缝合线的加入，使得材料内部纤维分布、相互作用等变得更加复杂，从而影响其全场力学性能分析，使得工艺参数优化周期长，成本高，因此，本发明提出多层复合结构数值模型及性能特性研究方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出多层复合结构数值模型及性能特性研究方法，该多层复合结构数值模型及性能特性研究方法基于模型计算，有利于缩短工艺参数优化周期，降低成本，对提高构件的可靠性有着非常重要的意义。

为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：多层复合结构数值模型及性能特性研究方法，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；