【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机织复合材料力学性能评估，具体为考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法。
技术介绍
1、碳纤维增强复合材料由于具有优异的力学性能以及可设计性，目前广泛应用于航空航天、土木、汽车等领域。其中2.5维机织复合材料是一种通过经纱与纬纱之间形成相互角连锁的三维机织复合材料，其不仅克服了传统层合复合材料存在易分层、耐损伤性能差等缺点，还克服了一般三维机织复合材料工艺复杂的缺陷，因此2.5维机织复合材料的力学性能表征以及复合材料结构的力学行为预测成为复合材料研究的热点。
2、目前针对2.5维机织复合材料性能预测常用方法为分等级多尺度分析方法，信息的传递时单向的，虽然能够预测复合材料的强度，但是并不能完整体现微观结构对模型的损伤起始和扩展过程的影响。
技术实现思路
1、本部分的目的在于概述本专利技术的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
2、因此，本专利技术的目的是提供考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法，基于微观失效理论，从微观模型尺度分析在复合材料损伤过程中纤维单丝以及基体的损伤机理。
3、为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：
4、一种考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法，
5、s1、建立2.5d机织复合材料细观和微观单胞有限元模型；
6、s2、对微观单胞有限元模型赋予组分材料性能和施加周期性边界条件，获取微观单胞模型等效弹性参数和每个单元的应变-应力放大因子；
7、s3、利用k-means聚类算法，以微观单胞模型中各单元的应变-应力放大因子为特征数据，对微观模型进行聚类降阶，并以每个聚类中单元的应变-应力放大因子的平均值作为聚类的应变-应力放大因子；
8、s4、对细观单胞有限元模型赋予组分材料性能和施加周期性边界条件，获取细观模型的平均应力和平均应变，以及纤维束单元的应变向量和基体的单元的应力向量；
9、s5、根据步骤s4中基体单元的应力向量，结合损伤起始准则和损伤扩展模型，获得基体材料损伤后的弹性参数；
10、s6、根据步骤s4中纤维束单元的应变向量，结合步骤s3中微观聚类的应变-应力放大因子，计算得到微观模型中聚类的应力向量；
11、s7、根据步骤s6中微观模型中各聚类的应力向量，结合不同的损伤起始准则和损伤扩展模型，获得不同聚类损伤后的刚度矩阵，结合微观等效弹性参数预测模型，获得损伤后纤维束单元的等效弹性参数；
12、s8、判断模型是否最终失效，如果失效，绘制应力应变曲线，获得2.5d机织复合材料的强度，如果未失效，则重复步骤s2至步骤s7。
13、作为本专利技术所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法的一种优选方案，其中，所述步骤s2中，获取微观单胞模型等效弹性参数和每个单元的应变-应力放大因子的步骤如下：
14、s201、对微观单胞有限元模型赋予材料属性，包括纤维单丝和基体；
15、s202、对微观单胞有限元模型施加周期性边界条件如下：
16、
17、
18、其中j+和j-表示相对面，代表单胞在三个主方向上承载时引起的拉伸/压缩变形，对应三个主方向上的剪切变形，为微观单胞模型的平均应变，为对立边界面上对应点之间的距离；
19、s203、采用体积平均方法计算微观单胞模型的等效弹性参数，方法如下：
20、
21、
22、
23、其中nf为纤维单元总数，nm为基体单元总数，σijk为第k个单元在ij方向的应力，εijk为第k个单元在ij方向的应变，vk为第k个单元的体积，v为单胞的总体积；
24、s204、获取微观单胞模型单元的应变-应力放大因子，应变-应力放大因子表征的是微观模型每个单元外部应变和内部应力的响应关系，方法如下：
25、
26、其中{σ}表示单胞模型内一个单元上的微观应力，则表示外部施加在单胞模型上的应变荷载，[a]表示应变-应力放大因子。
27、作为本专利技术所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法的一种优选方案，其中，所述步骤s3中，微观单胞模型中纤维单丝单元和基体单元分开聚类，分为纤维聚类和基体聚类。
28、作为本专利技术所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法的一种优选方案，其中，所述步骤s4中，获取细观模型中纤维束单元的应变向量和基体的单元的应力向量的具体步骤包括：
29、s401、对细观单胞有限元模型赋予材料属性，包括纤维束和基体；
30、s402、对细观单胞模型施加周期性边界条件；
31、s403、获取每个单元的应力向量和应变向量，计算细观单胞模型的平均应力和平均应变；
32、s404、分别获取细观模型中纤维束单元的应变向量和基体单元的应力向量。
33、作为本专利技术所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法的一种优选方案，其中，所述步骤s5中，损伤起始准则为von-mises失效准则，具体为：
34、
35、
36、
37、其中tm和cm分别是基体材料的拉伸强度和压缩强度，σij为基体的应力向量。
38、作为本专利技术所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法的一种优选方案，其中，所述步骤s7中，获得损伤后纤维束单元的等效弹性参数的具体步骤包括：
39、s701、基于步骤s6中计算出的微观模型中聚类的应力向量，对于基体聚类采用步骤s5中所描述的损伤起始准则和损伤扩展模型，获得每个基体聚类的损伤后的弹性参数，再通过体积平均化的方法获得整体基体损伤后的弹性参数；
40、s702、基于步骤s6中计算出的微观模型中聚类的应力向量，对于纤维聚类采用最大应力准则，对应损伤变量设置为0.999，如下：
41、
42、
43、
44、其中为纤维方向承受应力，tf和cf分别为纤维的拉伸和压缩强度，ef为纤维损伤前弹性模量，为纤维损伤后弹性模量，纤维的整体损伤状态由所有纤维聚类中的最大损伤状态确定；
45、s703、由上述步骤s701和步骤s702获得微观模型中基体材料和纤维材料损伤后的弹性参数，再结合chamis等效弹性参数预测模型，获得纤维束的弹性性能参数，如下：
46、e11＝vfef11+vmem；
47、
48、
49、
50、v12＝v13＝vm+vf(vf12-vm)；
51、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，获取微观单胞模型等效弹性参数和每个单元的应变-应力放大因子的步骤如下：
3.根据权利要求1所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法，其特征在于，所述步骤S3中，微观单胞模型中纤维单丝单元和基体单元分开聚类，分为纤维聚类和基体聚类。
4.根据权利要求1所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法，其特征在于，所述步骤S4中，获取细观模型中纤维束单元的应变向量和基体的单元的应力向量的具体步骤包括：
5.根据权利要求1所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法，其特征在于，所述步骤S5中，损伤起始准则为von-Mises失效准则，具体为：
6.根据权利要求1所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法，其特征在于，所述步骤S7中，获得损伤后纤维束单元的等效弹性参数的具体步骤包括：<...
【技术特征摘要】
1.一种考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法，其特征在于，所述步骤s2中，获取微观单胞模型等效弹性参数和每个单元的应变-应力放大因子的步骤如下：
3.根据权利要求1所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法，其特征在于，所述步骤s3中，微观单胞模型中纤维单丝单元和基体单元分开聚类，分为纤维聚类和基体聚类。
4.根据权利要求1所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方法，其特征在于，所述步骤s4中，获取细观模型中纤维束单元的应变向量和基体的单元的应力向量的具体步骤包括：
5.根据权利要求1所述的考虑微观失效机理的2.5维机织复合材料多尺度分析方...
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