针刺斜纹布复合材料的纤维路径确定及性能计算方法技术

本发明专利技术提供了一种针刺斜纹布复合材料的纤维路径确定及性能计算方法，包括：根据针刺结构将复合材料划分为非针刺区域、单独针刺区域和重复针刺区域；复合材料包括斜纹布铺层和网胎铺层；对单独针刺区域中每一个单胞，确定该单胞中每一铺层上纤维的面内偏转角度和面外偏转角度，根据面内偏转角度和面外偏转角度分别计算得到该单胞中每一铺层上纤维面内偏转后的刚度性能和面外偏转后的刚度性能；根据刚度均匀化方法计算得到单独针刺区域中每一个单胞的刚度性能；根据非针刺区域、重复针刺区域分别对应的刚度性能以及所述单独针刺区域中每一个单胞的刚度性能，确定复合材料的刚度性能。本方案，能够确定出针刺斜纹布复合材料的纤维路径和刚度性能。料的纤维路径和刚度性能。料的纤维路径和刚度性能。

【技术实现步骤摘要】
针刺斜纹布复合材料的纤维路径确定及性能计算方法


[0001]本专利技术实施例涉及复合材料力学性能测试
，特别涉及一种针刺斜纹布复合材料的纤维路径确定及性能计算方法。

技术介绍

[0002]三维针刺复合材料是利用针刺技术将无纬布和/或斜纹布与网胎等纤维复合材料铺层中的面内纤维引入到厚度方向，形成一种独特的三维网状的预制体。由于三维针刺复合材料的层间性能好、结构均匀、生产成本低、工艺简单、设计性强，因此其应用价值也较大。目前在航空刹车盘、固体火箭发动机喷嘴喉衬、出口喷管及工业高温炉、高温坩埚等方面广泛应用。
[0003]现有技术中，三维针刺复合材料性能的计算方法，均是针对无纬布复合材料进行的，未有针对斜纹布复合材料的计算方法，而无纬布和斜纹布的材料结构完全不同。由于三维针刺复合材料的力学性能与纤维走向、含量和损伤有关，当铺层的材料结构不同时，铺层下纤维的走向和含量均是不同的，那么其力学性能也就不同。可见，现有技术方案无法应用到斜纹布复合材料的性能计算方法中，亟需提供一种针刺斜纹布复合材料的纤维路径确定及性能计算方法。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针刺斜纹布复合材料的纤维路径确定及性能计算方法，其特征在于，包括：根据针刺结构将所述复合材料划分为非针刺区域、单独针刺区域和重复针刺区域；所述复合材料包括斜纹布铺层和网胎铺层；分别计算所述非针刺区域和所述重复针刺区域的刚度性能；对所述单独针刺区域中的每一个单胞，确定该单胞中每一铺层上纤维的面内偏转角度和面外偏转角度，并根据所述面内偏转角度和所述面外偏转角度分别计算得到该单胞中每一铺层上纤维面内偏转后的刚度性能和面外偏转后的刚度性能；根据刚度均匀化方法计算得到所述单独针刺区域中每一个单胞的刚度性能；根据所述非针刺区域、重复针刺区域分别对应的刚度性能以及所述单独针刺区域中每一个单胞的刚度性能，确定所述复合材料的刚度性能。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定该单胞中每一铺层上纤维的面内偏转角度和面外偏转角度，包括：将该单胞中的网胎铺层上纤维的面内偏转角度和面外偏转角度均确定为0；将该单胞中的斜纹布铺层上纤维的面内偏转角度和面外偏转角度通过如下方式计算：利用第一公式计算得到纤维的面内偏转角度；所述第一公式为：其中，α为面内偏转前(x,y,z)坐标位置上的纤维对应的面内偏转角度；大于R
n
；其中，三维坐标轴的原点为针刺圆心点；利用如下确定方式确定纤维的面外偏转角度：利用如下第二公式计算纤维面外偏转后(x0,y0,z0)坐标位置上的深度z0；根据纤维面外偏转后的深度确定面外偏转方向；对面外偏转方向进行反正切计算，得到纤维的面外偏转角度；所述第二公式为：其中，H
d
表示纤维偏转深度，R
e
表示针刺区域半径，R
n
表示针刺纤维束半径。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述将该单胞中的斜纹布铺层上纤维的面内偏转角度和面外偏转角度通过如下方式计算之前，还包括：将该单胞中的斜纹布铺层划分为纱线搭接区域、经纱单独区域、纬纱单独区域和基体区域；并将所述基体区域中纤维的面内偏转角度和面外偏转角度均确定为0，以及将所述经纱单独区域和所述纬纱单独区域的面内偏转角度确定为0；针对所述纱线搭接区域，利用所述第一公式执行所述计算纤维的面内偏转角度；针对所述纱线搭接区域、所述经纱单独区域和所述纬纱单独区域，利用所述确定方式执行所述确定纤维的面外偏转角度。

【专利技术属性】
技术研发人员：梁军，乔健伟，葛敬冉，刘凯，刘增飞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：