交织铺层复合材料层压板的仿真分析方法技术

交织铺层复合材料层压板的仿真分析方法，其分析结果更接近真实的交织铺层复合材料层压板的特征。根据本发明专利技术实施例，交织铺层复合材料层压板的仿真分析方法包括多层网格生成，其中应用参数化交织铺层复合材料层压板的单层网格模型，并根据包括铺层顺序、纤维带带宽和铺层偏置的参数创建多层交织铺层的三维网格，其中，考虑纤维增强树脂基复合材料层压板在固化成型过程中存在铺层纤维带流动造成的局部单层厚度光滑变薄，为保证同方向的填补铺层可以填补间隔铺层间的空隙，填补铺层的偏置位移取为纤维带宽、纤维间隔、间隔铺层的偏置位移之和。位移之和。位移之和。

【技术实现步骤摘要】
交织铺层复合材料层压板的仿真分析方法


[0001]本专利技术涉及结构的仿真分析方法，尤其涉及交织铺层复合材料层压板的仿真分析方法。

技术介绍

[0002]纤维增强热固性复合材料，由于其独特的设计和应用优势而受到人们的广泛关注，但是其层间性能差、厚度方向强度低，压缩
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拉伸强度比低等缺点限制了它的进一步发展。实验证明将传统的2维铺层结构发展至2.5 维交织铺层结构，能够大幅提高层间性能与抗冲击强度。目前，交织铺层技术在航空发动机的冷端如风扇叶片、包容机匣和短舱系统的复材结构上有着广阔的应用前景，也对复合材料的分析模拟技术提出了新的挑战。
[0003]公布号为CN110826284A的专利说明书公开了一种交织与层压混合铺层复合材料层压板建模及分析方法，其包括，包括步骤：
[0004]S1：设计交织与层压混合铺层结构；
[0005]S2：基于步骤S1中设计的交织与层压混合铺层结构，分别生成基础层压铺层模型和基础交织铺层模型；
[0006]S3：根据步骤S1中设计的铺层结构排列组合基础层压铺层模型和基础交织铺层模型，建立交织与层压混合铺层复合材料层压板3D模型；
[0007]S4：对建立的交织和层压混合铺层复合材料层压板3D模型，进行材料属性、边界条件及加载方式设置，实现对交织和层压混合铺层复合材料层压板的力学性能的有限元分析。
[0008]公布号为CN110941922A的专利说明书公开了一种预测复合材料层压板层间和纤维带间损伤的仿真方法，包括如下步骤：r/>[0009]S1：建立网格单胞单元；
[0010]S2：基于步骤S1中建立的单层基础网格模型；
[0011]S3：根据铺层角度、铺层数量、铺层顺序，调用和组合预置纤维带间界面单元的基础层压板模型，然后在预置纤维带间界面单元的基础层压板模型的相邻层间预置界面单元，生成预置层间界面单元和纤维带间界面单元的复合材料层压板3D模型；
[0012]S4：对步骤S3中所生成的预置层间界面单元和纤维带间界面单元的复合材料层合板3D模型的每根纤维带的材料属性进行设计，生成纤维增强复合材料层压板；
[0013]S5：通过仿真方法预测纤维增强复合材料层压板的强度和损伤。
[0014]根据专利技术人的研究，前述仿真方法得到的铺层切面特征与真实的交织铺层复合材料层压板还存在差距，也难以模拟层压板的性能发散性。

技术实现思路

[0015]本专利技术的目的在于提供一种交织铺层复合材料层压板的仿真分析方法，其分析结果更接近真实的交织铺层复合材料层压板的特征。
[0016]根据本专利技术实施例，交织铺层复合材料层压板的仿真分析方法包括多层网格生成，其中应用参数化交织铺层复合材料层压板的单层网格模型，并根据包括铺层顺序、纤维带带宽和铺层偏置的参数创建多层交织铺层的三维网格，其中，考虑纤维增强树脂基复合材料层压板在固化成型过程中存在铺层纤维带流动造成的局部单层厚度光滑变薄，为保证同方向的填补铺层可以填补间隔铺层间的空隙，填补铺层的偏置位移取为纤维带宽、纤维间隔、间隔铺层的偏置位移之和。
[0017]在一实施方式中，参数化交织铺层复合材料层压板的单层网格包括加密区域和加粗区域，并且设计加密区域和加粗区域的过渡区域，过渡区域相对于加密区域网格密度在纵向和横向分别降低，加粗区域相对于过渡区域网格密度在纵向和横向分别降低。
[0018]在一实施方式中，生成交织铺层复合材料层压板的三维模型后，从三维模型上不同的位置选取试样大小的模型，其微观结构会有不同，预测的性能也不同，借此准确模拟实际试验件中的微观结构偏差引起的性能发散性。
[0019]根据本专利技术的实施例，交织铺层复合材料层压板的仿真分析方法在生成交织铺层复合材料层压板的三维模型后，通过统计每个单元节点处的总铺层厚度并与理论厚度相比较，得到每层铺层厚度的放大或缩小修正系数，调整每个节点处的单层厚度轮廓，以增大内部铺层的弯曲度使模型表面恢复平面，使得三维模型内部的弯曲特性更光滑，接近真实的铺层切面特征。
[0020]一方面，填补铺层的偏置位移建议取为纤维铺层带宽、铺层纤维间隔、间隔铺层的偏置位移之和，按照此参数关系生成的铺层网格叠合后的轮廓平整但内部铺层光滑弯曲的，从而分析结果更接近真实的交织铺层复合材料层压板的特征。
[0021]另一方面，当填补铺层的偏置位移和间隔铺层的偏置位移不满足以上关系时，会产生铺层间隙与重叠的缺陷，使铺层表面由于总厚度发生变化而凸凹不平，通过统计每个单元节点处的总铺层厚度并与理论厚度相比较得到每层铺层厚度的放大或缩小修正系数，调整每个节点处的单层厚度轮廓，增大内部铺层的弯曲度使模型表面恢复平面，其结果是分析结果更接近真实的交织铺层复合材料层压板的特征。
附图说明
[0022]本专利技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
[0023]图1是交织铺层复合材料层压板有限元仿真分析方法的流程图；
[0024]图2是交织铺层复合材料层压板网格单胞结构示意图；
[0025]图3是交织铺层复合材料层压板单层网格中的加密网格、加粗网格以及过渡网格的示意图；
[0026]图4是铺层纤维带流动造成的局部单层厚度光滑变薄示意图；
[0027]图5是交织铺层复合材料层压板的三维多层网格模型在合并前的铺层设计示意图；
[0028]图6是交织铺层复合材料层压板的三维模型示意图；
[0029]图7是交织铺层复合材料层压板的厚度截面示意图；
[0030]图8是交织铺层复合材料层压板代表单元截取示意图；
[0031]图9是交织铺层复合材料层压板代表单元的多种加载方式示意图；
[0032]图10是交织铺层复合材料层压板力学性能预测结果；
[0033]图11是实际试件剖面的电镜图。
具体实施方式
[0034]下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本专利技术的保护范围。
[0035]图1示出了交织铺层复合材料层压板有限元仿真分析方法的流程，其包括模型网格生成1，模型生成2以及力学性能预测3。其中，模型网格生成1包括单层网格生成11和多层网格生成12。示出了交织铺层复合材料模型生成工具包运行流程。
[0036]前述单层网格生成11包括以下步骤：
[0037](1)定义单层网格尺寸，例如宽度、角度等，并定义纤维带几何尺寸，例如纤维带宽度等，即参数化交织铺层复合材料层压板单元；
[0038](2)基于交织铺层角度，设计有限元网格单胞模型的对角线的夹角和网格单胞模型的尺寸，建立交织铺层复合材料层压板有限元网格单胞模型110，示意图如图2所示；网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.交织铺层复合材料层压板的仿真分析方法，包括多层网格生成，其特征在于，应用参数化交织铺层复合材料层压板的单层网格模型，根据包括铺层顺序、纤维带带宽和铺层偏置的参数创建多层交织铺层的三维网格，其中，考虑纤维增强树脂基复合材料层压板在固化成型过程中存在铺层纤维带流动造成的局部单层厚度光滑变薄，为保证同方向的填补铺层可以填补间隔铺层间的空隙，填补铺层的偏置位移取为纤维带宽、纤维间隔、间隔铺层的偏置位移之和。2.如权利要求1所述的交织铺层复合材料层压板的仿真分析方法，其特征在于，参数化交织铺层复合材料层压板的单层网格包括加密区域和加粗区域，并且设计加密区域和加粗区域的过渡区域，过渡区域相对于加密区域网格密度在纵向和横向分别降低，加粗区域相对于过渡区域网格密度在纵向和横向分别降低。3.如权利要求1所述的交织铺层复合材料层压板的仿真分析方法，其特征在于，生成交织铺层复合材料层压板的三维模型后，从三维模型上不同的位置选取试样大小的模型，其微观结构会有不同，预测的性能也不同，借此准确模拟实际试...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婷，李向前，孔维夷，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：