一种高效吸波超薄碳纤维增强复合材料及其设计优化方法技术

本发明专利技术属于电磁吸波和电磁屏蔽材料技术领域，公开了一种高效吸波超薄碳纤维增强复合材料及其设计优化方法，由两层碳纤维增强的平面结构组成；在每一层中，以纤维轴线相互平行的周期性排列的纤维阵列嵌入陶瓷基体中，陶瓷基体用于将纤维结合在一起并提供必要的机械或化学性能；将平面结构的两层叠加，将不同层的纤维轴向定向成不同的方向，形成一个薄片复合结构，该复合结构可以进一步平行叠加，提供整个层压结构材料。本发明专利技术可以提供连续导电的网络，有效地吸收电磁波；实现优化的电磁特性；提高微波吸收效率；纤维周期性地嵌入陶瓷基体中有助于提高层压材料的机械性能并增加微波吸收。

A kind of super thin carbon fiber reinforced composite with high efficiency absorbing wave and its design optimization method

【技术实现步骤摘要】
一种高效吸波超薄碳纤维增强复合材料及其设计优化方法
本专利技术属于电磁吸波和电磁屏蔽材料
，尤其涉及一种高效吸波超薄碳纤维增强复合材料及其设计优化方法。
技术介绍
业内常用的微波吸收材料是颗粒或不连续纤维参杂的复合材料。由颗粒或者不连续短纤维增强的复合材料由于其参杂比分相对较难控制，难以实现宽频段电磁波的吸收。同时，由颗粒或者不连续短纤维增强的复合材料因为增强材料的随机性和不连续性使得无法预先进行连续的设计优化以实现最佳的电磁吸波特性。同时，由颗粒或者不连续短纤维增强的复合材料由于其增强材料不能够对材料的机械强度进行不同方向上的增强，所以其材料的结构强度还有所欠缺，使得其实用性有所降低。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有复合材料对电磁波的吸收效率并不高。(2)现有复合材料因为其不连续性使得无法预先设计以实现优化的电磁特性。(3)现有复合材料在制作成成品后结构强度还有所欠缺，使得其实用性有所降低。解决上述技术问题的难度：当下电磁污染、干扰和信息泄漏是现代商业和科学电子仪器、天线系统和军用电子设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效吸波超薄碳纤维增强复合材料，其特征在于，所述高效吸波超薄碳纤维增强复合材料包括碳纤维纵向排布的母片和碳纤维、纵向成一定角度排布的母片和纤维增强剂三部分组成；/n两个母片堆叠在一起形成一个2层碳纤维增强薄层，碳纤维增强的陶瓷基底材料均匀分布在薄层之间的空隙中；通过堆叠多个具有不同纤维取向的2层碳纤维增强薄层构造多层层压材料，层压材料内部周期性地布置有纤维，纤维轴向定向到不同方向。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效吸波超薄碳纤维增强复合材料，其特征在于，所述高效吸波超薄碳纤维增强复合材料包括碳纤维纵向排布的母片和碳纤维、纵向成一定角度排布的母片和纤维增强剂三部分组成；
两个母片堆叠在一起形成一个2层碳纤维增强薄层，碳纤维增强的陶瓷基底材料均匀分布在薄层之间的空隙中；通过堆叠多个具有不同纤维取向的2层碳纤维增强薄层构造多层层压材料，层压材料内部周期性地布置有纤维，纤维轴向定向到不同方向。


2.如权利要求1所述的高效吸波超薄碳纤维增强复合材料，其特征在于，所述碳纤维增强薄层是典型的层压板，代表一个基本构件。


3.如权利要求1所述的高效吸波超薄碳纤维增强复合材料，其特征在于，所述碳纤维增强薄层由陶瓷基材料和嵌入在其中的周期性排列的长连续纤维组成，纤维用于增加陶瓷基的韧性和强度。


4.如权利要求1所述的高效吸波超薄碳纤维增强复合材料，其特征在于，所述陶瓷基底材料和纤维材料均为各向同性均匀材料。


5.如权利要求1所述的高效吸波超薄碳纤维增强复合材料，其特征在于，所述纤维半径为0.025mm，纤维的中心距离变化范围为0.1mm～1.0mm，陶瓷基的厚度为0.1mm；薄层中纤维体积分数变化范围为1×10-2mm～4.5×10-2mm，不同层的纤维取向变化范围为0°～90°，电磁波入射角变化范围为0°～90°。


6.一种如权利要求1所述高效吸波超薄碳纤维增强复合材料的优化设计方法，其特征在于，所述高效吸波超薄碳纤维增强复合材料的优化设计方法包括：
第一步，考虑由两层不同方向纤维组成的薄片建立目标函数的分析模型；建立两层纤维增强复合材料的散射矩阵，通过各层的散射矩阵得到多层纤维增强复合材料的散射矩阵；根据Floquet定理，对于顶层，除纤维所占区域外，所有区域的场都可以平面波展开；
第二步，提出结构参数和电磁参数的优化策略，在给定频段获得材料最佳的吸收性能；利用遗传算法在可行域内寻找相对较好的解，利用顺序二次规划做进一步参数优化。


7.如权利要求6所述的高效吸波超薄碳纤维增强复合材料的优化设计方法，其特征在于，所述第一步具体包括：两个定义了直角坐标系xyz和x′y′z′，系统xyz通过沿着这些纤维的周期方向设置x轴和沿着它们的轴设置y轴被分配到上层；x′y′z′是xyz绕z轴旋转y′与第二层纤维对齐得到的，xyz坐标系被选择为全局坐标系；
设有N层，通过叠加多个2层板，构造了多层板，所有材料都是线性的、时不变的、各向同性的和均匀的；介电常数和磁导率为∈l，j和μl，j，其中l代表层数，l＝0和l＝N对应上下半空间；j＝1代表基质材料，j＝2代表纤维材料；相对介电常数和磁导率为∈lr，j和μlr，j；
入射波的波矢量的隐含的时域谐波依赖于exp(-iωt)，在全局坐标系中定义为其中波数量为c为真空中的光速，θ是z轴与的夹角，为x轴与在x-y平面上的投影之间的夹角；为在x-y平面上的投影，为x-z平面上的投影，入射波的波矢量分解为
第l层和第j层的波矢量定义为其中考虑由于纵向分量跨边界连续，为了方便，在所有层中使用而不是ktl，αl和βl代替kl1，ktl1，αl1和βl1。


8.如权利要求6所述的高效吸波超薄碳纤维增强复合材料的优化设计方法，其特征在于，所述第一步建立两层纤维增强...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长侑，张若南，宗亚雳，卫春桥，黄谊畴，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61