考虑热解碳各向异性特征的C/C复合材料弹性性能预测方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑热解碳各向异性特征的C/C复合材料弹性性能预测方法，根据CVI过程中热解碳的各向异性特征，建立了C/C复合材料的代表性体积单元模型。该模型首先利用简单插值方法得到等效基体属性，并读取每个等效基体单元的体心坐标，其次，通过泰森多边形原理判断等效基体单元所属的区域，完成各向异性热解碳围绕纤维生长的形貌表征，最终实现C/C复合材料弹性性能的有效预测。本发明专利技术弥补了目前数值模型中热解碳建模的不足，准确表征了各向异性热解碳围绕纤维生长的形貌特征，同时综合考虑了孔隙对复合材料整体有效弹性性能的影响，为其他含有热解碳的复合材料建模提供一定的借鉴。借鉴。借鉴。

【技术实现步骤摘要】
考虑热解碳各向异性特征的C/C复合材料弹性性能预测方法


[0001]本专利技术属于复合材料力学计算领域，涉及一种考虑热解碳各向异性特征的C/C复合材料弹性性能预测方法。

技术介绍

[0002]C/C复合材料广泛应用于航空、航天及能源领域，如固体火箭发动机喉衬、喷管、飞机刹车盘、硅单晶炉热场部件等。化学气相渗透(CVI)是制备高性能C/C复合材料的主要工艺，由该工艺制备的C/C复合材料基体为热解碳。根据热解碳在偏光显微镜下的微观形貌可分为四种织构，分别为各向同性、暗层、光滑层和粗糙层。不同织构热解碳围绕碳纤维生长特征存在区别，另外，由于不同织构热解碳的各向异性程度不同，使得沿不同方向的微观力学性能具有显著差异，导致不同织构热解碳C/C复合材料具备不同的力学性能，从而影响着C/C复合材料部件的服役寿命及工作环境。目前，C/C复合材料力学性能的表征方法主要包括实验和仿真，然而实验方法的成本较高，周期较长，因此，建立一种考虑热解碳各向异性特征的仿真方法对C/C复合材料力学性能预测方面具有非常重要的意义。
[0003]目前数值和解析模型是预测C/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑热解碳各向异性特征的C/C复合材料弹性性能预测方法，其特征在于步骤如下：步骤1：C/C复合材料主要由热解碳、碳纤维和孔隙组成，利用热解碳的各向异性材料属性和Voigt和Reuss模型，采用简单插值的方法对热解碳和孔隙进行等效处理，计算出包含原始热解碳和孔隙的等效基体弹性刚度矩阵：始热解碳和孔隙的等效基体弹性刚度矩阵：始热解碳和孔隙的等效基体弹性刚度矩阵：其中，V0和V1分别表示原始热解碳基体的体积分数和孔隙的体积分数，C0和C1分别表示原始热解碳基体和孔隙的刚度矩阵，和分别是利用Voigt和Reuss模型得到的弹性刚度矩阵，是由简单插值方法得到的等效基体弹性刚度矩阵；本步骤将C/C复合材料简化为由等效基体和碳纤维组成的两相复合材料；步骤2：对两相复合材料，利用随机序列吸附算法，在Matlab中输入纤维体积分数以及纤维的长径比，从而输出纤维的端点位置坐标集；利用Python程序在ABAQUS软件中读取纤维端点位置坐标集，并输入模型尺寸和网格尺寸，建立C/C复合材料代表性体积单元模型，输出经过网格化后的等效基体单元体心坐标集；步骤3：根据步骤二中的等效基体单元体心坐标集，计算每个单元体心到不同纤维之间的距离d；定义等效基体单元体心坐标点为M(x，y，z)，纤维两个端点坐标分别为P(x0，y0，z0)和Q(x1，y1，z1)，经过M点垂直于直线PQ的垂足坐标N(x
c
，y
c
，z
c
)，则通过等式(4
‑
6)确定该距离值d：离值d：离值d：其中，m、n、q和t是引入的中间变量；步骤4：利用步骤三得到的距离值，基于泰森多边形原理，对等效基体区域进行分类，当任意两根纤维p
i
，p
j
和任意一个等效基体单元e满足公式(7)条件时，该等效基体单元则被视为隶属于纤维p
i
的一个泰森多边形区域内，以此类推，该区域内等效基体单元集构成了围绕纤维p
i
生长的热解碳形貌，从而建立了具有热解碳形貌特征的C/C复合材料代表性体积单元模型：
d(e,p
i
)＜d(e,p
j
) (j＝1,...,n；j≠i)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)步骤5：将步骤1中得到的等效基体...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐乐华，葛健，晁许江，李伟，李贺军，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：