本发明专利技术提供了一种各向异性纤维材料孔隙结构生成及渗透率的预测方法，基于纤维材料的天顶角θ、圆周角等结构特征参数建立纤维单杆模型，重复纤维单杆的构建过程，直至达到材料目标孔隙率ε，在此过程中对纤维间允许的最小间距d<subgt;gap</subgt;以及最大迭代次数N<subgt;max</subgt;作为限制条件；再利用基于开源流体力学库OpenFOAM编写的有限体积仿真程序对所生成的各向异性纤维材料的渗透率进行模拟预测。本发明专利技术在生成纤维材料孔隙尺度表征结构的基础上，结合有限体积法开发了一种纤维材料渗透率的预测方法，可以定量分析结构参数对渗透率的影响，为纤维材料的设计与制备提供借鉴。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纤维材料，尤其涉及各向异性纤维材料孔隙结构生成及渗透率的预测方法。
技术介绍
1、纤维材料具有比表面积大、体积密度小、抗冲击性强、结构设计性好等优点，被广泛的应用于高超声速飞行器热防护、超低能耗节能建筑、风力发电以及太阳能热利用等
渗透率作为表征纤维材料内流动特性的重要参数，是影响材料工艺性能的核心参数。对渗透率进行快速准确的预测，是纤维材料设计与应用的基础。
2、实验测量、经验公式计算以及仿真是目前获得纤维材料渗透率的主要手段，实验方法最为直接准确，但实施成本较高，并且单次实验结果仅对一种材料有效，经验公式适用于各向同性材料，使用范围受到限制。相比之下，基于仿真的渗透率预测方法具有实施周期短、执行成本低、适用范围广的优点，近年来得到了普遍应用。
3、渗透率与材料结构特征密切相关，准确建立表征材料结构特征的几何模型，是保证渗透率仿真结果正确性的前提。在完成纤维结构建模之后，对几何模型进行网格划分，实现计算域的离散化，随后可以利用有限元或有限体积等仿真方法实现纤维材料渗透率的预测。
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【技术保护点】
1.各向异性纤维材料孔隙结构生成及渗透率的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的各向异性纤维材料孔隙结构生成及渗透率的预测方法，其特征在于，步骤1中，基本参数包括：计算域长度LX、宽度LY、高度LZ、纤维直径df以及材料孔隙率ε，记录计算域体积Vc＝LXLYLZ，在计算域顶点沿长、宽、高方向建立系统坐标系XYZ，坐标系原点为O。
3.根据权利要求1所述的各向异性纤维材料孔隙结构生成及渗透率的预测方法，其特征在于，步骤3中，所述von Mises分布的概率密度函数的形式为f(θ|λ,κ)＝eκcos(θ-λ)/2πI0(κ)，其中θ∈[0,2...
【技术特征摘要】
1.各向异性纤维材料孔隙结构生成及渗透率的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的各向异性纤维材料孔隙结构生成及渗透率的预测方法，其特征在于，步骤1中，基本参数包括：计算域长度lx、宽度ly、高度lz、纤维直径df以及材料孔隙率ε，记录计算域体积vc＝lxlylz，在计算域顶点沿长、宽、高方向建立系统坐标系xyz，坐标系原点为o。
3.根据权利要求1所述的各向异性纤维材料孔隙结构生成及渗透率的预测方法，其特征在于，步骤3中，所述von mises分布的概率密度函数的形式为f(θ|λ,κ)＝eκcos(θ-λ)/2πi0(κ)，其中θ∈[0,2π)，λ表示天顶角θ的平均值，i0(κ)表示0阶的修正bessel函数，κ为衡量天顶角θ集中程度的特征值，当κ趋近于0时，概率密度函数接近于均匀分布；当κ趋近于∞时，概率密度函数的分布近似于均值为λ，方差为1/κ的高斯分布；
4.根据权利要求1所述的各向异性纤维材料孔隙结构生成及渗透率的预测方法，其特征在于，步骤4中，所述圆周角在xy平面内生成圆周角：式中，为圆周角的均匀随机分布函数，取值在0到1之间。
5.根据权利要求1所述的各向异性纤维材料孔隙结构生成及渗透率的预测方法，其特征在于，步骤5中，所述直线的天顶角为θ，即直线与z轴间夹角；圆周角为即直线在xy平面的投影与x轴之间的夹角；在xyz坐标系内建立直线l0的直线方程x/m＝y/n＝z/k；所述步骤6中随机生成点p(xp,yp,zp)，建立直线l方程形式为(x-xp)/m＝(y-yp...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘亭亭，金子程，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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