[发明专利]一种单向碳纤维增强复合材料的设计方法

权利要求书

1.一种单向碳纤维增强复合材料的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.采用跨尺度有限元法建立UD-CFRPs的力学性能预测模型；

步骤1a.采用纤维间交错排列形式建立UD-CFRPs的纤维束代表性体积单元模型；

步骤1b.在ABAQUS/Standard分析模块中建立模型并生成网格单元后，分别获取边界的节点信息，根据基于平移对称的周期性边界条件对纤维束代表性体积单元模型的各单元节点施加对应的周期性边界条件，即得到UD-CFRPs力学性能的预测模型；

步骤2.利用输入样本集和结果样本集，对纤维和基体的各项力学性能参数的灵敏度分析模型进行建模和求解，并采用变参数幅值法对灵敏度指标进行验证；

步骤2a.输入样本集的生成，对纤维和基体的各项力学性能材料参数的分布特性进行分析，在MATLAB软件中编制相应的程序，分别对纤维和基体的每项力学性能参数生成样本数据；

步骤2b.结果样本集的生成，根据UD-CFRPs力学性能的预测模型，采用指令驱动有限元分析方法对纤维和基体的力学性能参数样本对UD-CFRPs的各项力学性能进行预测，其每个样本的力学性能预测结果即为结果样本集；

步骤2c.采用Sobol法对UD-CFRPs中的纤维和基体的各项力学性能参数进行全局灵敏度分析；

步骤3.基于步骤2的灵敏度分析模型，设计不同类型的UD-CFRPs；包括：

基于参数幅值法，设计UD-CFRPs的力学性能变化幅值，初始值等于纤维和基体各项力学性能参数的变化幅值，初始值乘以灵敏度指标，即公式

式中：E_Di表示设计后的UD-CFRPs设计在i方向上的弹性模量，i＝1,2,3；S_i表示灵敏度系数，E_i表示纤维或基体在在i方向上的初始弹性模量或者是泊松比；E_Cfi表示纤维在i方向上的弹性模量或弹性模量与基体泊松比，E_fi为纤维和基体在i方向上的初始弹性模量；G_Dij为设计后在ij平面上的UD-CFRPs剪切模量，i,j＝1,2,3，G_ij为UD-CFRPs的初始剪切模量，G_Cfij为在ij平面内选取的UD-CFRPs的剪切模量，G_fij为纤维或基体在ij平面上的初始剪切模量或泊松比。