一种连续纤维增强复合材料基本力学性能参数预测方法技术

本发明专利技术属于航空复合材料技术领域，涉及一种连续纤维增强复合材料基本力学性能参数的预测方法，尤其涉及能够应用在连续纤维增强金属基复合材料的基本力学性能参数的预测。本发明专利技术提供了一种基于周期性边界条件(应力和位移连续)建立代表性体积元(RVE)模型，并结合基体横向拉伸应力集中系数表征，对连续纤维增强复合材料纵向杨氏模量、纵向泊松比、横向杨氏模量、横向泊松比、纵向剪切模量、横向剪切模量和横向拉伸强度等基本力学性能参数进行预测的方法，该方法可实现准确预测连续纤维增强金属基复合材料基本力学性能参数；此外，该方法亦可应用于连续纤维增强树脂基复合材料、连续纤维增强陶瓷基复合材料基本力学性能参数的预测。

【技术实现步骤摘要】
一种连续纤维增强复合材料基本力学性能参数预测方法
本专利技术属于航空复合材料
，涉及一种连续纤维增强复合材料基本力学性能参数的预测方法，尤其涉及能够应用在连续纤维增强金属基复合材料的基本力学性能参数的预测。
技术介绍
人类对纤维增强金属基复合材料的研究已有近40年的历史。各国都已把复合材料的研究与应用作为航空发动机研制发展的重点，美国先后通过国家航空航天计划(NASP)、集成高性能涡轮发动机技术项目(IHPTET)研究计划、钛基复合材料涡轮发动机联合研制项目(TMCTECC)等研究项目以研究纤维增强钛金属基复合材料在航空航天框架结构和发动机上的应用。连续纤维增强金属基复合材料具有高比强度、高比刚度等优良性能，被广泛应用到航空航天装备制造等领域。对连续纤维增强金属基复合材料力学性能的准确预测是其应用于结构设计的必要前提。通常预测连续纤维增强金属基复合材料力学性能主要采用理论分析、数值计算和实验测试相结合的方法。理论分析主要是基于复合材料力学理论，采用Eshelby等效夹杂法、自洽法、广义自洽法和Mori-Tanaka法等方法预测力学性能，但本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续纤维增强复合材料基本力学性能参数预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：基于周期性边界条件，通过有限元仿真软件建立四边形代表性体积元模型并划分有限元网格，所述的四边形代表性体积元模型为连续纤维增强复合材料中纤维呈周期性排列时截取的其中具代表性的最小体积单元，根据连续纤维的截面半径r和连续纤维在复合材料中的体积分数Vf，确定四边形代表性体积元模型的尺寸：/n所述四边形代表性体积元模型是一个长方体，棱长为a、b、c，其中一对包含棱长b、c的平行面正中间被一条圆柱形连续纤维垂直贯穿，其他部分为基体材料，b、c的取值满足πr

【技术特征摘要】
1.一种连续纤维增强复合材料基本力学性能参数预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：基于周期性边界条件，通过有限元仿真软件建立四边形代表性体积元模型并划分有限元网格，所述的四边形代表性体积元模型为连续纤维增强复合材料中纤维呈周期性排列时截取的其中具代表性的最小体积单元，根据连续纤维的截面半径r和连续纤维在复合材料中的体积分数Vf，确定四边形代表性体积元模型的尺寸：
所述四边形代表性体积元模型是一个长方体，棱长为a、b、c，其中一对包含棱长b、c的平行面正中间被一条圆柱形连续纤维垂直贯穿，其他部分为基体材料，b、c的取值满足πr2/bc＝Vf，且b、c均大于连续纤维的直径2r，a为任意值；
S2：规定沿连续纤维的方向为纵向，垂直连续纤维的方向为横向，在代表性体积元模型垂直于连续纤维的面上分别施加在材料弹性范围内的纵向的正向载荷、横向的正向载荷，平行于连续纤维的面上的纵向剪切载荷以及平行于连续纤维的面上的横向剪切载荷，并计算横向正向载荷下基体的应力集中系数；
S3：将分别施加上述载荷后，有限元仿真计算软件得到的平均变形量响应结果和横向正向载荷下基体的应力集中系数带入数值解析法的基于基本力学性能模型计算公式，最终可求得连续纤维增强复合材料纵向杨氏模量、纵向泊松比、横向杨氏模量、横向泊松比、纵向剪切模量、横向剪切模量和横向拉伸强度的预测值。


2.根据权利要求1所述的连续纤维增强复合材料基本力学性能参数预测方法，其特征在于，所述复合材料的基体材料为金属、陶瓷或树脂。


3.根据权利要求1或2所述的连续纤维增强复合材料基本力学性能参数预测方法，其特征在于，所述连续纤维增强复合材料横向杨氏模量、纵向杨氏模量、横向弹性模量、纵向泊松比、横向泊松比、纵向剪切模量和横向剪切模量的预测值计算方法包括以下步骤：
将四边形代表性体积元模型记为长方体ABCD-GFEH，其中AB＝GF＝CD＝EH＝b，AG＝BF＝CE＝DH＝c，GH＝EF＝AD＝BC＝a，定义DA方向为X轴方向，DC方向为Y轴方向，DH方向为Z轴方向，即X轴方向为纵向，Y轴和Z轴方向为横向；
在ABFG面上施加沿X轴方向的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙云东，骆丽，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21