一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法技术

本发明专利技术公开了一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法，包括以下步骤，1)建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的纬向投影图；2)根据纬向投影图，建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的立体框架图；3)根据立体框架图建立2.5维编织复合材料的标准模型；4)挖取标准模型的目标位置的原几何组块，另行建立考虑挤压的纬纱几何组块，并进行代替装配，获得新模型整体；5)对新模型整体进行结构耦合，成为一个完全的、各单元联系紧密的整体。有助于进一步规范有限元分析流程，提高有限元分析精度和准确度且因素影响限制范围广，具有较大的普适性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法


[0001]本专利技术涉及复合材料几何建模领域，具体涉及一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法。

技术介绍

[0002]自20世纪60年代起，复合材料得到了日新月异的发展，在航空航天、船舶运输和医疗等领域应用十分广泛。对于复合材料性能的研究，许多学者采用有限元分析方法，即通过建立模型、划分网格、设置参数、软件求解和实验验证的分析流程获得复合材料的各项性能。在这一过程中，建立几何模型前的结构分析是重中之重，无论是参数化建模还是采用建模软件进行可视化实体建模，都要力求考虑到几何模型内部结构的各项特征以免漏掉重要影响因素，否则，计算结果的准确度会大受影响。关于几何模型的结构分析，大量文献显示研究人员作了各种猜想，无损检测技术的逐步发展又使得复合材料内部结构可以轻松获取，这进一步优化了几何模型的假设。然而，对于纺织复合材料，研究人员对复合材料纱线的截面作了如下假设：跑道形、双凸透镜形、矩形、六边形、八边形等等，对于纱线走向尤其是纬纱走向则是简单的看做单一函数型，相关研究很不足，这在求解纱线力学性能的准确度时无疑会很受影响。同时，根据无损检测技术对纺织复合材料内部的探测情况来看，表层纱线受到加工工艺的影响最大，模具挤压、刀具切割和机器造型等工艺严重改变了表层纱线的几何特征，这就表明，不能仅靠单一的假设或单一的函数来表征纺织复合材料结构规律。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法，有助于进一步规范有限元分析流程，提高有限元分析精度和准确度，且因素影响限制范围，具有较大的普适性。
[0004]为达到上述目的，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法，包括以下步骤：
[0006]1)建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的纬向投影图；
[0007]2)根据纬向投影图，建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的立体框架图；
[0008]3)根据立体框架图建立2.5维编织复合材料的标准模型；
[0009]4)挖取标准模型的目标位置的原几何组块，另行建立考虑挤压的纬纱几何组块，并进行代替装配，获得新模型整体；
[0010]5)对新模型整体进行结构耦合，成为一个完全的、各单元联系紧密的整体。
[0011]本专利技术进一步设置为，所述步骤1)建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的纬向投影图，具体为，
[0012]1‑
1)利用无损检测技术对2.5维编织复合材料试验件进行扫描，获取扫描图和试验件的内部结构特征，利用软件测量扫描图上各组分的尺寸；
[0013]1‑
2)根据各组分的尺寸建立该复合材料考虑纬纱挤压的纬向投影图。
[0014]本专利技术进一步设置为，所述步骤2)建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的立体框架图，具体为，将纬向投影图保存为dwg格式的文件，并将其版本转换为AutoCAD2007版，将转换好了的投影图由UG NX 10.0打开，在UG NX10.0软件中选取该投影图的四条边界，设置拉伸长度为单胞模型纬向长度，形成立体框架图，并将立体框架图导出为igs格式文件。
[0015]本专利技术进一步设置为，所述步骤3)根据立体框架图建立2.5维编织复合材料的标准模型，具体为，将igs格式的立体框架图导入Hypermesh软件中，进行网格划分，并对网格进行修改除去变形网格，获得新的面网格单元，对新的面网格单元进行体网格划分，获得体单元，对体单元进行组分划分，从而获得标准模型。
[0016]本专利技术进一步设置为，所述步骤4)挖取标准模型的目标位置的原几何组块，另行建立考虑因素影响的纬纱几何组块，并进行代替装配，获得新模型整体，具体为，在标准模型上提取纬纱目标位置的原几何组块，并将原几何组块根据整体模型里表层纬纱和被挤入基体里的纬纱在纬纱连接区段处的两个截面的关系做出修改，从而另行建立出相应位置的考虑挤压的纬纱几何组块，并将考虑挤压的纬纱几何组块代替装配至原几何组块位置上。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有的有益之处是：
[0018]1、该方法有助于进一步规范有限元分析流程，提高有限元分析精度和准确度。
[0019]2、对于其它纱线的局部特征，甚至其它纺织方式的复合材料的局部特征，通过“建立无影响模型——另行建立局部特征组块——替换目标位置的原组块——结构耦合”这一流程均可实现复合材料纱线走向的实际建模，因此，本专利技术因素影响限制范围广，具有较大的普适性。
附图说明
[0020]图1为三枚衬经斜纹2.5维编织复合材料纬向CT图，其中a为经纱和纬纱纬向图，b为衬经纱和纬纱纬向图；
[0021]图2是三枚衬经斜纹2.5维编织复合材料经向CT图；
[0022]图3是三枚衬经斜纹2.5维编织复合材料纬向投影图；
[0023]图4是三枚衬经斜纹2.5维编织复合材料立体框架图；
[0024]图5是三枚衬经斜纹2.5维编织复合材料标准模型；
[0025]图6是三枚衬经斜纹2.5维编织复合材料主体模型；
[0026]图7是代替装配后的三枚衬经斜纹2.5维编织复合材料几何模型；
[0027]图8是考虑纬纱挤压的三枚衬经斜纹2.5维编织复合材料整体模型；
[0028]图9是纬纱连接区段模型；
[0029]图10是实物CT纬纱连接区段图；
[0030]图11是模型纬向视图；
[0031]图12是实物CT纬向视图。
具体实施方式
[0032]下面结合说明书附图，对本专利技术作进一步的说明。
[0033]本专利技术提供了一种2.5.维编织复合材料纱线的几何建模方法，包括以下步骤：
[0034]1)建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的纬向投影图，具体为，
[0035]1‑
1)利用无损检测技术对2.5维编织复合材料试验件进行扫描，获取扫描图和试验件的内部结构特征；利用软件测量扫描图上各组分的尺寸；
[0036]1‑
2)根据各组分的尺寸建立该复合材料考虑纬纱挤压的纬向投影图。
[0037]2)根据纬向投影图，建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的立体框架图，具体为，将纬向投影图保存为dwg格式的文件，并将其版本转换为AutoCAD2007版，将转换好了的投影图由UG NX 10.0打开，在UG NX 10.0软件中选取该投影图的四条边界，设置拉伸长度为单胞模型纬向长度，形成立体框架图，并将立体框架图导出为igs格式文件。
[0038]3)根据立体框架图建立2.5维编织复合材料的标准模型，具体为，将igs格式的立体框架图导入Hypermesh软件中，进行网格划分，并对网格进行修改除去变形网格，获得新的面网格单元，再进行体网格划分，获得体单元，对体单元进行组分划分，从而获得标准模型。
[0039]4)挖取标准模型的目标位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法，其特征在于，包括以下步骤：1）建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的纬向投影图；2）根据纬向投影图，建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的立体框架图；3）根据立体框架图建立2.5维编织复合材料的标准模型；4）挖取标准模型的目标位置的原几何组块，另行建立考虑挤压的纬纱几何组块，并进行代替装配，获得新模型整体；5）对新模型整体进行结构耦合，成为一个完全的、各单元联系紧密的整体。2.根据权利要求1所述的一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法，其特征在于：所述步骤1）建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的纬向投影图，具体为，1
‑
1）利用无损检测技术对2.5维编织复合材料试验件进行扫描，获取扫描图和试验件的内部结构特征，利用软件测量扫描图上各组分的尺寸；1
‑
2）根据各组分的尺寸建立该复合材料考虑纬纱挤压的纬向投影图。3.根据权利要求1所述的一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法，其特征在于：所述步骤2）建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的立体框架图，具体为，将纬向投影图保存为dwg格式的文件，并将其版本转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵弘超，崔海涛，张宏建，温卫东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：