[发明专利]一种三维四向编织复合材料的参数化建模方法

摘要

本发明介绍了一种三维四向编织复合材料的参数化建模方法，实现步骤如下：针对三维四向编织复合材料的内部纤维束结构进行立体几何分析，提取几何单胞模型；根据立体几何映射关系，形成单胞内部纤维束与六面体边界的相交截面控制方程；基于Matlab平台调用单胞及其纤维束的空间几何控制方程，编写在空间内生成纤维网格信息和基体网格信息的自动化程序；将网格信息和材料信息输出到可导入Abaqus中进行仿真模拟的inp文件；在程序中将编织角、纤维束轴尺寸、网格尺寸等设为单胞模型参数化变量，以inp文件为媒介工具，实现三维四向编织复合材料的参数化建模。

主权项

1.一种三维四向编织复合材料的参数化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)针对三维四向编织复合材料的内部纤维束结构进行立体几何分析，提取六面体结构的几何单胞模型，即RVE模型；(2)根据立体几何映射关系，形成单胞内部纤维束与六面体边界的相交截面控制方程，具体为根据(1)中进行的几何分析建立了映射关系，将纤维束主截面上的点全部映射到纤维束与六面体相交产生的椭圆截面上，得到每条纤维束主截面与在六面体边界上形成的两个椭圆截面之间的映射关系，所述映射关系即为相交截面控制方程；(3)基于Matlab平台调用步骤(2)形成的单胞及其纤维束的空间几何控制方程，编写在空间内生成纤维网格信息和基体网格信息的自动化程序，具体为：(31)输入编织复合材料所需要的几何和材料参数；(32)利用“拉丁方设计”的方法，在纤维束的主截面上生成随机分布的代表纤维束中随机分布的纤维的点，纤维的主截面为椭圆面，椭圆面的长轴和短轴的长度分别为由输入的几何和材料参数来决定；(33)取三维四向编织复合材料单胞的一束纤维，根据步骤(2)中建立的单胞内部纤维束与六面体边界的相交截面控制方程将纤维束主截面上点的坐标映射到RVE模型的两个椭圆截面上；(34)关联每条纤维段的两个端点，并计算纤维单元的数据，在商业有限元软件Abaqus中采用B31完成，其中B31单元的尺寸由步骤(31)所决定；(35)基于Matlab平台编写能重复进行(31)‑(34)步骤运算的代码，完成对三维四向编织复合材料的RVE模型中所有纤维段单元的数据计算；(36)在步骤(35)的基础上编写计算基体单元的数据的程序，在商业有限元软件Abaqus中采用C3D8R完成，基体单元的数据计算所需要的几何和材料参数均由步骤(31)中输入的几何和材料参数得到；(37)在步骤(35)和(36)编写的程代码的基础上，编写将计算得到的纤维和基体的单元数据的程序，实现将纤维嵌入到基体中，最后在程序中编写输出三维四向编织复合材料RVE模型的inp文件的代码，从而完成了生成纤维网格信息和基体网格信息的自动化程序的编写；(4)根据步骤(3)中所建立的生成纤维网格信息和基体网格信息的自动化程序，将网格信息和材料信息输出到可导入Abaqus中进行仿真模拟的inp文件，从而实现了三维四向编织复合材料的参数化建模过程。