[发明专利]一种碳纤维复合材料等效介电常数模型的构建方法

摘要

一种碳纤维复合材料等效介电常数模型的构建方法，针对横截面上碳纤维呈矩形排列的复合材料，从碳纤维轴向和碳纤维径向建立通用等效介电常数模型，根据传输线理论建立碳纤维复合材料的屏蔽效能表达式，通过仿真计算得到碳纤维复合材料上多个频率点的实际屏蔽效能，根据仿真计算得到的多个频率点的实际屏蔽效能，结合碳纤维复合材料的屏蔽效能表达式，利用最小二乘法反演得到碳纤维复合材料的通用等效介电常数模型中的未知参数，完成碳纤维复合材料的通用等效介电常数模型的构建。本发明解决了实际数值仿真中碳纤维复合材料内部细观几何结构导致的网格剖分过多的难题，便用于复合材料屏蔽效能、透波性能等数值仿真，计算简单，便于实现。

主权项

1.一种碳纤维复合材料等效介电常数模型的构建方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1、针对横截面上碳纤维呈矩形排列的复合材料，分别从碳纤维轴向和碳纤维径向建立通用等效介电常数模型，该通用等效介电常数模型中包含未知参数；所述的从碳纤维轴向建立通用等效介电常数模型采用如下关系式：ε_轴向＝v_mε_m+v_fε_f     (1)其中，ε_轴向为轴向的通用等效介电常数；v_m为基体材料的体积百分比；v_f为碳纤维的体积百分比，一般取0％～20％；ε_m为基体材料的介电常数；ε_f为碳纤维的介电常数；所述的从碳纤维径向建立通用等效介电常数模型采用如下半经验表达式：其中，ε_径向为径向的通用等效介电常数；s₁为碳纤维的横向间距；s₂为碳纤维的纵向间距；d为碳纤维的直径；λ为电磁波在复合材料中传播的波长；a和b分别为未知参数；其中，碳纤维复合材料中的基体材料和碳纤维的介电常数ε_m和ε_f都是复数形式；步骤S2、根据传输线理论建立碳纤维复合材料的屏蔽效能表达式，该屏蔽效能表达式是碳纤维复合材料的通用等效介电常数模型中未知参数的函数；步骤S3、通过仿真计算得到在与步骤S2中相同电磁波入射角度下的碳纤维复合材料上多个频率点的实际屏蔽效能；步骤S4、根据仿真计算得到的多个频率点的实际屏蔽效能，结合碳纤维复合材料的屏蔽效能表达式，利用最小二乘法反演得到碳纤维复合材料的通用等效介电常数模型中的未知参数；步骤S5、将计算得到的碳纤维复合材料的通用等效介电常数模型中的未知参数代入通用等效介电常数模型，完成碳纤维复合材料的通用等效介电常数模型的构建。