针刺预制体单胞的有限元建模方法技术

针刺预制体单胞的有限元建模方法，涉及针刺预制体的建模技术，为了满足针刺复合材料的力学性能、损伤及失效的分析需求。该发明专利技术为确定针刺区域半径R、针板植针参数、纤维复合料铺设顺序及每一铺层的厚度参数、针刺工艺参数，计算预制体单胞的尺寸，每一铺层的针刺孔的坐标位置，建立预制体单胞的二维几何模型，通过二维几何模型生成二维网格单元，由二维网格单元生成三维实体单元，识别相同铺层及不同铺层内针刺区域的重叠情况，赋予相应的性能参数，并为单胞的非针刺区域赋予相应的性能参数，得到针刺预制体单胞的有限元模型。本发明专利技术适用于建立针刺预制体单胞的有限元模型。

A finite element modeling method for the single cell of acupuncture preform

The finite element modeling method of needled preform cell involves the modeling technology of needled preform, in order to meet the analysis needs of mechanical properties, damage and failure of needle punched composites. The invention is to determine the radius R, acupuncture needle plate pin parameters and fiber composite material laying order and each layer thickness, the needling process parameters, the calculation of the unit cell size of preform, the coordinate position of each layer of the needle hole, establish two-dimensional geometry model of preform cell, through two-dimensional the geometric model of generating two-dimensional grid unit, 3D entity unit consists of a two-dimensional grid unit overlaps recognize the same layer and different layers in the acupuncture region, given the corresponding performance parameters, and performance parameters of single cell with non acupuncture region corresponding to the finite element model of single cell needled preform. The invention is suitable for the establishment of a finite element model of the single cell of the needling preform.

【技术实现步骤摘要】
针刺预制体单胞的有限元建模方法
本专利技术涉及针刺预制体的建模技术，具体涉及基于针刺工艺参数的有限元建模方法。
技术介绍
针刺技术是一种预纤维制体制备工艺，可以通过刺针将纤维复合料铺层中的面内纤维引入到厚度方向、形成垂直分布的针刺纤维束，使各纤维铺层紧密结合，加强预制体的层间力学性能。纤维复合料主要包括碳纤维布和网胎，其中碳纤维布保证了预制体在铺层平面内具有较高的纤维体积含量，网胎为层间纤维的主要来源。针刺预制体作为一种独特的三维网状结构，具有纤维分布均匀、易于致密化成型等特点。针刺技术克服了二维纤维结构层间性能弱的缺点，与编织、机织和针织等传统纺织技术相比具有工艺简单、成本低和性价比高的优点，目前已经在众多预制体制备工艺中占据重要市场地位。针刺工艺参数众多、参数可调范围大，通过调整针刺工艺方案可以制备出不同形状、不同尺寸的碳纤维针刺织物，包括块状、板状、筒状、锥形和复杂曲面形纤维预制体等。改变针刺参数还可以方便、灵活地得到不同针刺密度、针刺深度，甚至变截面、变密度的纤维织物，体现出针刺工艺很好的可设计性。以针刺碳纤维预制体为增强骨架可以制备各种高性能的针刺C/C和C/C-SiC复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
针刺预制体单胞的有限元建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、扫描针刺预制体的纤维结构，得到显微图像，对显微图像中的各针刺区域进行测量和求平均，获得针刺区域的平均半径R；步骤二、根据针刺预制体对应的针板得到针板植针参数；步骤三、根据显微图像，确定针刺预制体的纤维复合料铺层的铺设顺序及每一铺层的厚度参数；步骤四、根据显微图像，确定针刺工艺参数；步骤五、根据步骤二和步骤三得到的参数计算预制体单胞的尺寸，根据步骤二和步骤四得到的参数计算每一铺层的针刺孔的坐标位置；步骤六、将步骤五中每一铺层的针刺孔的坐标位置投射到z＝0的平面上，结合预制体单胞的尺寸，在每个针刺孔处建立步骤一中平均半径大小的针刺区...

【技术特征摘要】
1.针刺预制体单胞的有限元建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、扫描针刺预制体的纤维结构，得到显微图像，对显微图像中的各针刺区域进行测量和求平均，获得针刺区域的平均半径R；步骤二、根据针刺预制体对应的针板得到针板植针参数；步骤三、根据显微图像，确定针刺预制体的纤维复合料铺层的铺设顺序及每一铺层的厚度参数；步骤四、根据显微图像，确定针刺工艺参数；步骤五、根据步骤二和步骤三得到的参数计算预制体单胞的尺寸，根据步骤二和步骤四得到的参数计算每一铺层的针刺孔的坐标位置；步骤六、将步骤五中每一铺层的针刺孔的坐标位置投射到z＝0的平面上，结合预制体单胞的尺寸，在每个针刺孔处建立步骤一中平均半径大小的针刺区域二维几何模型，进而获得预制体单胞二维几何模型；z轴垂直于铺层；步骤七、通过步骤六中生成的预制体单胞二维几何模型生成二维网格单元，结合每一铺层的厚度及针刺工艺参数中的针刺深度，由二维网格单元生成三维实体单元，识别相同铺层及不同铺层内针刺区域的重叠情况，赋予相应的性能参数，并为单胞的非针刺区域赋予相应的性能参数，得到针刺预制体单胞的有限元模型。2.根据权利要求1所述的针刺预制体单胞的有限元建模方法，其特征在于，所述步骤二得到的针板植针参数包括相邻两排刺针的间距L1和同一排内相邻刺针的间距L2；步骤五中，根据步骤二和步骤三得到的参数计算预制体单胞的尺寸的方法为：根据步骤二得到的L1和L2得到预制体表面针孔的最小周期性排布范围LU×LU，其中LU为L1和L2的最小公倍数；根据步骤三得到的每一铺层的厚度参数，得到预制体单胞总厚度LT；预制体单胞的尺寸为LU×LU×LT。3.根据权利要求2所述的针刺预制体单胞的有限元建模方法，其特征在于，所述步骤四得到的针刺工艺参数为针板与预制体的相对位置(xij,yij)；步骤五中，根据步骤二和步骤四得到的参数计...

【专利技术属性】
技术研发人员：方国东，梁军，谢军波，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23