一种基于细观力学的单向纤维复合材料力学性能预测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于细观力学的单向纤维复合材料力学性能预测方法，该方法可快速获取复合材料的等效弹性常数，同时可考虑纤维形状对复合材料力学性能的影响。包括：1)获取复合材料纤维的特征信息，所述特征信息包括纤维截面的几何参数以及纤维体积分数；2)根据步骤1)获取的特征信息构建等效细观分析模型；3)基于步骤2)构建的等效细观分析模型，采用基于细观力学的均匀化方法，构建复合材料微元的细观力学控制方程，获得复合材料不同方向的等效弹性常数计算公式；4)将步骤3)获得的复合材料不同方向的等效弹性常数计算公式，与纤维和基体的材料参数结合，获取复合材料的等效性能参数，预测复合材料力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于细观力学的单向纤维复合材料力学性能预测方法
本专利技术属于复合材料设计领域，具体涉及一种基于细观力学的单向纤维复合材料力学性能预测方法。
技术介绍
近几十年来，纤维增强树脂基复合材料因其重量轻、耐腐蚀、易于加工和可设计性强等优异性能而受到广泛关注，复合材料在航空航天结构中的应用使得有必要快速预测其力学性能。目前，复合材料力学性能预测方法有稀疏法、Mori-Tanaka方法、自洽方法和基于细观单胞模型的有限元均匀化方法等。其中，稀疏法、Mori-Tanaka方法和自洽方法计算过程复杂，且部分方法只适用于体积分数较低的复合材料，适用范围较窄；而基于细观单胞模型的有限元均匀化方法需要构建细观单胞模型，施加周期性边界条件，不能做到快速预示。基于细观力学的复合材料力学性能预测方法具有简单和直观的特点；Chamis、王震鸣等对基于细观力学的复合材料力学性能预测方法中的混合法则进行了修正，虽然一定程度上提高了预示精度，但对实际纤维形状的考虑稍显简单，认为复合材料中的纤维是理想的圆形截面，导致等效弹性常数在y方向和z方向是相等的，不能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于细观力学的单向纤维复合材料力学性能预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)获取复合材料纤维的特征信息，所述特征信息包括纤维截面的几何参数以及纤维体积分数；/n2)根据步骤1)获取的特征信息构建等效细观分析模型；/n3)基于步骤2)构建的等效细观分析模型，采用基于细观力学的均匀化方法，构建复合材料微元的细观力学控制方程，然后结合等效细观分析模型的几何参数，对微元进行积分，获得复合材料不同方向的等效弹性常数计算公式；/n4)将步骤3)获得的复合材料不同方向的等效弹性常数计算公式，与纤维和基体的材料参数结合，获取复合材料的等效性能参数，预测复合材料力学性能。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于细观力学的单向纤维复合材料力学性能预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取复合材料纤维的特征信息，所述特征信息包括纤维截面的几何参数以及纤维体积分数；
2)根据步骤1)获取的特征信息构建等效细观分析模型；
3)基于步骤2)构建的等效细观分析模型，采用基于细观力学的均匀化方法，构建复合材料微元的细观力学控制方程，然后结合等效细观分析模型的几何参数，对微元进行积分，获得复合材料不同方向的等效弹性常数计算公式；
4)将步骤3)获得的复合材料不同方向的等效弹性常数计算公式，与纤维和基体的材料参数结合，获取复合材料的等效性能参数，预测复合材料力学性能。


2.根据权利要求1所述的一种基于细观力学的单向纤维复合材料力学性能预测方法，其特征在于：
步骤1)中，采用扫描电镜或显微CT扫描获取纤维截面的几何参数，并对扫描获得的图像采用统计学方法得到纤维体积分数vf。


3.根据权利要求2所述的一种基于细观力学的单向纤维复合材料力学性能预测方法，其特征在于：
步骤1)中，所述纤维的截面为椭圆形，椭圆形的半长轴为a，半短轴为b。


4.根据权利要求3所述的一种基于细观力学的单向纤维复合材料力学性能预测方法，其特征在于，步骤2)具体为：
根据步骤1)获取的特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泽超，校金友，马小龙，雷鸣，文立华，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61