[发明专利]一种多重判据的纤维增韧复合材料跨尺度热分析等效方法

摘要

本发明多重判据的纤维增韧复合材料跨尺度热分析等效方法，步骤如下：建立随机代表性单元，在单元内部利用Monte‑Carlo法使得CMC纤维增强相随机分布；多次建立PRVE(Probabilistic Representative Volume Element，概率统计代表性单元)并对其进行有限元仿真，得到复合材料等效导热系数、材料温度梯度场及热流密度场等热物理量的统计数据；再次调整PRVE尺寸，在满足热物理量的均值、方差以及交叉熵等多重收敛判据后，确定临界PRVE尺寸，获得复合材料等效导热系数、温度梯度场以及热流密度场的分布，建立微观结构和宏观特性间对应关系。本发明充分考虑复合材料内部的非均质特性以及存在的物性分散性，为复合材料热分析中如何确定临界PRVE尺寸提供了判定依据，能够更加精确地建立微观结构和宏观特性间对应关系。

主权项

1.一种多重判据的纤维增韧复合材料跨尺度热分析等效方法，其特征在于：包括如下步骤步骤一：对复合材料内部结构建立了增强相随机分布的代表性单元，单元边长的尺寸为纤维增强相直径的20倍；步骤二：在该代表性单元左右两边施加定热流边界条件，上下两边施加绝热边界；步骤三：利用有限元方法计算单元的温度场分布，并通过后处理计算得到对应的材料温度梯度场、热流密度场以及等效导热系数；步骤四：多次随机生成代表性单元并利用有限元方法计算，得到温度梯度场、热流密度场以及等效导热系数的统计数据；步骤五：逐渐增加概率统计代表单元的单元边长尺寸，计算得到对应尺寸的温度梯度场、热流密度场以及等效导热系数的统计数据；步骤六：根据步骤五中的统计数据得到PRVE即概率统计代表性单元尺寸不断增加时，等效导热系数均值和方差的变化，当均值的变化的相对误差值小于5％时，认为其已经收敛；同时比较尺寸不同的PRVE对应的等效导热系数分布之间的交叉熵，当交叉熵的值小于0.005时，认为其已经收敛，比较多重判据后得到合适的临界PRVE尺寸，并获得对应的等效导热系数统计数据；步骤七：根据步骤五中的统计数据得到PRVE尺寸不断增加时，温度梯度场分布中心值和宽度值的均值和方差变化，当均值的变化的相对误差值小于5％时，认为其已经收敛；同时比较尺寸不同的PRVE对应的温度梯度场分布中心值和宽度值分布之间的交叉熵，当交叉熵的值小于0.005时，认为其已经收敛，比较多重判据后得到合适的临界PRVE尺寸，并获得对应的温度梯度场分布中心值和宽度值的统计数据；步骤八：根据步骤五中的统计数据得到PRVE尺寸不断增加时，热流密度场分布中心值和宽度值的均值和方差变化，当均值的变化的相对误差值小于5％时，认为其已经收敛；同时比较尺寸不同的PRVE对应的热流密度场分布中心值和宽度值分布之间的交叉熵，当交叉熵的值小于0.005时，认为其已经收敛，比较多重判据后得到合适的临界PRVE尺寸，并获得对应的热流密度场分布中心值和宽度值的统计数据；步骤九：比较步骤六、七和八中获得临界PRVE尺寸，将其中最大值作为该复合材料热分析时的临界PRVE尺寸。