基于应变场的短纤维增强复合材料纤维取向预测方法技术

技术编号：8079005 阅读：198 留言：0更新日期：2012-12-13 21:53

本发明专利技术涉及一种基于应变场的短纤维增强复合材料纤维取向预测方法。首先，建立复合材料成形过程的有限元模型；第二，进行成形过程有限元分析，获得坯料全局的应变场，提取有限元分析结果中各个单元的第一、第二、第三主应变大小及方向；第三，根据有限元模型中各单元的主应变方向确定复合材料中纤维定向程度最强及最弱的方向，根据各单元第一、第二、第三主应变大小计算纤维取向定向程度参量。本方法能够预测复合材料成形过程中的纤维取向变化及分布，可应用于材料基体保持为固态且初始纤维取向近似随机分布的短纤维增强复合材料成形工艺，具有预测模型简单、实施难度小的优点，克服了现有方法不适用于成形过程中基体保持为固态情形的不足。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及短纤维增强复合材料的取向预测，尤其涉及一种。
技术介绍
短纤维增强复合材料是一种重要的工程材料，在工程中应用广泛，发展前景广阔。对于纤维取向在三维空间随机或近似随机分布的短纤维增强复合材料，其内部的纤维在成形过程中将不再保持随机取向，即纤维取向将趋于某些方向，同时纤维取向也会相应地偏离另一些方向。短纤维增强复合材料的性能与其内部纤维取向分布状态有很密切的关系，所以短纤维增强复合材料成形中纤维取向的预测工作具有重要意义。现有的纤维取向预测方法及技术主要是针对纤维悬浮液及聚合物熔体，即基体为液态的情形，而对基体为固态的复合材料纤维取向预测方法仍未见报道。国际上最早由Jeffery分析解决了浸没在粘性流体中单根纤维的运动问题，Jeffery针对牛顿流体中的椭球形单纤维，在忽略纤维粒子之间的相互作用力的基础上，建立了由流体运动引起的纤维动力学演化方程，即Jeffery运动方程。此后，诸多学者发展了纤维取向的理论，建立了相应的纤维取向预测方法，并且一些方法已经得到实际应用。如文献“林兰芬.短纤维增强塑料注射成型中三维纤维取向的数值预测.材料科学与工艺，1998，(2). ”报道了一种短纤维增强复合材料注塑成形的纤维取向预测方法，该方法是在流动分析的基础上采用Folgar-Tucker取向模型进行纤维取向预测,再如商业软件MoldFlow目前已提供了基于熔体动力学的纤维取向预测分析功能。但上述方法仅适用于基体为液态的情形，不能应用于复合材料成形过程中基体为固态的情形，如短纤维增强复合材料的模锻、挤压、拉拔等。由于目前短纤维增强复合材料的制备及成形技术...

【技术保护点】
一种基于应变场的短纤维增强复合材料纤维取向预测方法，其特征在于步骤如下：步骤1：根据短纤维增强复合材料成形工艺参数及材料属性，建立有限元分析模型；步骤2：进行成形过程有限元分析，获得坯料全局的应变场，提取有限元分析结果中各个单元的第一、第二、第三主应变大小及方向；以i表示有限元模型中的单元编号，表示第i个单元第一、第二、第三主应变的大小，表示第i个单元第一、第二、第三主应变的方向向量；所述应变均指工程应变；步骤3：计算各单元处纤维与第一、第二及第三主应变的夹角的平均值，为第i个单元处纤维与第一主应变方向所夹锐角平均值，计算式为：为第i个单元处纤维与第二主应变方向所夹锐角平均值，计算式为：为第i个单元处纤维与第三主应变方向所夹锐角平均值，计算式为：所述的单位均为弧度；步骤4：第i个单元处的纤维取向预测如下：①当值在0至1之间时，值与纤维沿方向定向程度呈反比；②当值在1至π/2之间时，值与纤维偏离方向的程度呈正比；③当纤维沿方向的定向程度介于与之间时，的值表示了纤维与所夹锐角的平均值，当值小于1时，值与纤维偏向方向的程度呈反比；当值大于1时，值与纤维偏离方向的程度呈正比。FDA000019...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：齐乐华，徐乙人，周计明，田文龙，马玉钦，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：

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