基于跨尺度仿真的碳纤维增强复合材料力学性能预测方法技术

本发明专利技术属于复合材料预测技术领域，公开了一种基于跨尺度仿真的碳纤维增强复合材料力学性能预测方法，预测方法为：采用细观有限元方法，建立细观层面碳纤维复合材料的单胞预测模型并对碳纤维增强复合材料力学性能的进行预测；基于刚度均匀法，分别对偏轴角及多角度层合顺序对材料性能进行预测并运用实验对各模型进行对比验证。本发明专利技术提出了复合材料力学性能预测的方法，且实验结果与理论模型对比取得了一致性。

【技术实现步骤摘要】
基于跨尺度仿真的碳纤维增强复合材料力学性能预测方法
本专利技术属于复合材料性能预测
，尤其涉及一种基于跨尺度仿真的碳纤维增强复合材料力学性能预测方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：碳纤维复合材料因其轻质、高强度、高模量、可设计性强、疲劳性能好、耐腐蚀等许多优异特性被广泛应用于航空、航天及各种先进结构中。复合材料的力学性能是在整个服役周期中关键的指标之一，例如材料的铺层结构设计，测量工具质量，优化工艺参数，使用寿命的评价。碳纤维复合材料层合板的宏观力学性能是由大量的碳纤维丝(增强相)和树脂基体(连续相)复合后整体显现的表观平均的综合特性[3]。但由于纤维丝和基体间的力学性能相差甚大，使得复合材料在受载时细观的应力和应变分布非常复杂，从而直接影响复合材料的宏观力学性能。因此研究复合材料细观结构特征对力学性能的影响，乃至对宏观整体性能的预测都具有重要意义。目前，针对复合材料的性能在纤维束尺度研究中，常规的方法主要是假设纤维丝均匀分布在基体中，采用单向纤维增强复合理论公式，或直接采用实验测量确定其力学性能。国内外的学者对单向增强复合材料的力学性能进行了多年的研究，从材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于跨尺度仿真的碳纤维增强复合材料力学性能预测方法，其特征在于，所述基于跨尺度仿真的碳纤维增强复合材料力学性能预测方法包括：进行跨尺度仿真的复合材料力学性能的预测：建立[0°]、[0°/90°]的结构化单胞模型对碳纤维增强复合材料力学性能进行预测；建立基于均匀刚度法的细观简化单胞预测模型；预测碳纤维增强复合材料性能与单层预浸料铺层角度变化及不同铺层顺序的关系。

【技术特征摘要】
1.一种基于跨尺度仿真的碳纤维增强复合材料力学性能预测方法，其特征在于，所述基于跨尺度仿真的碳纤维增强复合材料力学性能预测方法包括：进行跨尺度仿真的复合材料力学性能的预测：建立[0°]、[0°/90°]的结构化单胞模型对碳纤维增强复合材料力学性能进行预测；建立基于均匀刚度法的细观简化单胞预测模型；预测碳纤维增强复合材料性能与单层预浸料铺层角度变化及不同铺层顺序的关系。2.如权利要求1所述的基于跨尺度仿真的碳纤维增强复合材料力学性能预测方法，其特征在于，所述预测碳纤维增强复合材料性能与单层预浸料铺层角度变化及不同铺层顺序的关系，包括：随着单层层板间铺设角度的不断增大，在E1、E2呈现反比关系，E3、G13、G23则变化不大；对于G12，随着角度的增大值变大，当铺设角度在35°时到达最大值，随后则减小，最终与单向复合材料相差不大。3.如权利要求1所述的基于跨尺度仿真的碳纤维增强复合材料力学性能预测方法，其特征在于，单向复合材料细观微元单胞模型基本尺寸依据预浸料在固化成形后的厚度及纤维体积含量两项参数确定，尺寸计算公式为：Vf＝4a1π(df/2)2V＝a12a22a3a3＝a2tan60°式中：Vf表示为纤维体积含量；df为纤维束单胞纤维直径；V为纤维束...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐振超，刘勇，王星星，陈文亮，孟庆禄，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32