[发明专利]一种设计平面编织复合材料力学模量的新方法

说明书

技术领域

本发明提供一种设计平面编织复合材料力学模量的新方法，属于复合材料设计领域。

背景技术

平面编织复合材料作为一种新型轻质高效纺织结构复合材料，具有工艺自动化程度水平高、经济性好、结构整体性能优异、抗冲击和疲劳阻等优点，与单向纤维增强的复合材料层合板相比，平面编织复合材料层板对改进层间、层内强度和损伤容限等方面具有巨大的潜力。因此，编织复合材料在航空、航天、航海、汽车等领域都得到了广泛应用。实验手段直接测量平面编织复合材料残余热应力成本较高，且测试过程中易受到很多偶然因素的影响；有限元数值模拟方法需要建立复杂的有限元模型，计算复杂，计算效率低，计算精度难以保证；因此，本发明运用细观力学分析方法研究平面编织复合材料细观结构对其宏观性能的影响，获得其宏观力学模量的解析解，仅仅需要少量的组分材料性能参数就能快速准确地预测平面编织复合材料宏观力学模量，实现平面编织复合材料宏观性能的优化设计，可见本发明具有重要学术意义和工程应用价值。

发明内容

本发明提供了一种设计平面编织复合材料力学模量的新方法，该方法具有计算简便，精度高等优点，其技术方案如下：

步骤一、根据纤维束的平面编织方式（如周期性和重复性等），选择最小的重复性单元作为代表性体积元，由此确定其胞体单元；图2为所选的代表性体积元（胞体单元），包含了2条正交的经向纱和纬向纱（纤维束），其中方向1定义为经向，方向2定义为纬向，将经向纱和纬向纱理想化成正弦的曲梁，可以得到经向纱和纬向纱的中心线Z坐标表达式：

z1=h22sin2πxL1---(1)]]>

z2=h12sin2πyL2---(2)]]>

根据图3a、图3b，可以得到截面面积A和截面惯性矩I的表达式为

A=14πb2+b(a-b)---(3)]]>