The invention discloses a method for predicting the equivalent mechanical properties of a long fiber reinforced composite material, which belongs to the field of material science and engineering application. The implementation method is: Based on the random sequence addition method, the rve geometric model of three-dimensional representative volume element of fiber random distribution is established, the finite element mesh is divided and the corresponding material parameters are given to the fiber element, matrix element and interface element, the debonding interface element modulus degradation is used to simulate interface debonding defects, and the periodicity is applied to the boundary of the finite element model with interface debonding defects Based on the boundary condition and the required displacement load, the equivalent mechanical properties of composite materials are calculated based on the homogenization method. By changing the interface debonding ratio, the equivalent mechanical properties of composite materials under different interface debonding defects are predicted. By comparing the predicted results of the equivalent mechanical properties with the interface random debonding and the measured results of the mechanical properties of the finished products, the long fiber reinforced composite materials are improved The preparation technology can fully and safely play the mechanical properties of composite bearing structure.
【技术实现步骤摘要】
一种长纤维增强复合材料等效力学性能预测方法
本专利技术涉及一种在纤维与树脂基体之间的界面存在随机脱粘缺陷的长纤维增强型复合材料等效力学性能的预测方法，属于材料科学与工程应用领域。
技术介绍
长纤维增强树脂复合材料由于其本身的高比强、高比刚及低密度等特点被越来越多地应用于汽车工业、体育和航空航天等众多领域。长纤维增强树脂复合材是一种设计性强的复合材料，通过合理设计，使得纤维与树脂优势互补，改善了单一组分材料性能不足的缺点，使得两者之间产生协同效应，从而使复合材料整体性能优于其组成材料而满足工程中的不同需求。当前针对长纤维增强树脂界面的研究主要集中在纤维/树脂界面的脱粘过程研究，尤其是在承受外载荷作用下的碳纤维/环氧树脂界面逐渐脱粘失效过程，而忽视了复合材料在制备成型后存在的纤维/树脂界面随机脱粘缺陷对复合材料等效力学性能的影响研究。由于多数纤维比表面积小，表面活性低，润湿性以及与树脂的两相结合性能差，即使在严格的质量控制条件下设计和制造，在这一过程中所形成的纤维/树脂界面也不可避免存在一定比例的随机脱粘，这严重影响外载...
【技术保护点】
1.一种长纤维增强复合材料等效力学性能预测方法，其特征在于：包括如下步骤，/n步骤一，基于随机序列添加方法建立纤维随机分布的三维代表体积单元RVE几何模型；/n步骤二，对步骤一所建立的三维代表体积单元RVE模型进行有限元网格划分，在所有的纤维周围的界面位置处提取节点，并根据所提取的节点生成界面节点集合及与其一致的节点编号列表；利用所提取的界面节点生成界面单元集合及单元编号列表；/n步骤三：提取有限元模型中所有纤维节点，利用所提取纤维节点生成纤维单元集合及与其一致的单元编号列表，对生成的纤维单元集合的单元赋予纤维材料参数；提取所有基体节点，利用所提取基体节点生成基体节点集合及...
【技术特征摘要】
1.一种长纤维增强复合材料等效力学性能预测方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一，基于随机序列添加方法建立纤维随机分布的三维代表体积单元RVE几何模型；
步骤二，对步骤一所建立的三维代表体积单元RVE模型进行有限元网格划分，在所有的纤维周围的界面位置处提取节点，并根据所提取的节点生成界面节点集合及与其一致的节点编号列表；利用所提取的界面节点生成界面单元集合及单元编号列表；
步骤三：提取有限元模型中所有纤维节点，利用所提取纤维节点生成纤维单元集合及与其一致的单元编号列表，对生成的纤维单元集合的单元赋予纤维材料参数；提取所有基体节点，利用所提取基体节点生成基体节点集合及与之一致的单元编号列表，对生成的基体单元集合的单元赋予基体材料参数；在已生成的界面处的单元集中随机选取界面单元，将随机选取的界面单元模量进行退化作为界面存在的随机脱粘缺陷，剩余界面单元作为未脱粘界面单元赋予相应的未脱粘界面材料参数，即实现各组分材料参数的赋值处理；
步骤三所述各组分材料参数指步骤三中纤维材料参数、基体材料参数、脱粘界面材料参数以及未脱粘界面材料参数；
步骤四：在已生成的含有固定比例的纤/基界面随机脱粘的三维代表体积单元RVE有限元模型边界施加周期性边界条件及所需位移载荷；
步骤五：基于步骤四中的三维代表体积单元RVE有限元模型，由界面脱粘缺陷比例反映考虑界面随机脱粘缺陷的长纤维增强复合材料内部存在界面随机脱粘缺陷情况，按照步骤三赋值处理的各组分材料参数，基于均质化过程求解复合材料等效力学性能，即实现界面固定脱粘缺陷比例情况下的等效力学性能预测。
2.如权利要求1所述的一种长纤维增强复合材料等效力学性能预测方法，其特征在于：还包括步骤六，基于步骤一至步骤五的界面固定脱粘缺陷比例情况下的等效力学性能预测方法，通过改变界面脱粘缺陷比例以实现不同界面脱粘缺陷比例条件下的等效力学性能预测；根据预测结果建立界面脱粘缺陷比例对等效力学性能影响关系曲线，即建立界面随机脱粘对等效力学性能影响关系曲线。
3.如权利要求2所述的一种长纤维增强复合材料等效力学性能预测方法，其特征在于：还包括步骤七，基于步骤六建立的界面随机脱粘实现对等效力学性能影响关系曲线，根据步骤一至步骤六实现实际工况界面脱粘缺陷比例条件下的等效力学性能预测，将工程应用实际工况下界面随机脱粘的等效力学性能预测结果和制备成品的实测力学性能进行对比，进一步指导和改进长纤维增强复合材料制备成品的性能，进而解决长纤维增强复合材料应用领域相关工程问题，进而充分且安全地发挥复合材料承载结构力学性能。
4.如权利要求1、2或3所述的一种长纤维增强复合材料等效力学性能预测方法，其特征在于：步骤一实现方法如下，
步骤1.1：根据长纤维半径、纤维体积含量及纤维数目计算确定出三维代表体积单元RVE几何模型尺寸，并依据所确定的尺寸生成树脂基体的三维立方体结构；
步骤1.2：在生成的三维立方体的一面上随机选择一点作为圆心，并结合纤维直径确定第一根纤维位置；
步骤1.3：在生成的第一根纤维边界，结合确定的界面厚度生成包围在第一根纤维周围的纤/基界面；
步骤1.4：在已生成第一根纤维的情况下，按照类似方法逐次生成其余纤维及对应的纤/基界面，需满足后续逐次生成的纤维与已有纤维不相交，直到达到所需的纤维体积含量为止，即实现基于随机序列添加方法建立纤维随机分布的三维代表体积单元RVE几何模型。
5.如权利要求4所述的一种长纤维增强复合材料等效力学性能预测方法，其特征在于：步骤二实现方法如下，
步骤2.1：...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘金祥，白文君，武元昊，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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