[发明专利]一种高效吸波超薄碳纤维增强复合材料及其设计优化方法

权利要求书

1.一种高效吸波超薄碳纤维增强复合材料，其特征在于，所述高效吸波超薄碳纤维增强复合材料包括碳纤维纵向排布的母片和碳纤维、纵向成一定角度排布的母片和纤维增强剂三部分组成；

两个母片堆叠在一起形成一个2层碳纤维增强薄层，碳纤维增强的陶瓷基底材料均匀分布在薄层之间的空隙中；通过堆叠多个具有不同纤维取向的2层碳纤维增强薄层构造多层层压材料，层压材料内部周期性地布置有纤维，纤维轴向定向到不同方向。

2.如权利要求1所述的高效吸波超薄碳纤维增强复合材料，其特征在于，所述碳纤维增强薄层是典型的层压板，代表一个基本构件。

3.如权利要求1所述的高效吸波超薄碳纤维增强复合材料，其特征在于，所述碳纤维增强薄层由陶瓷基材料和嵌入在其中的周期性排列的长连续纤维组成，纤维用于增加陶瓷基的韧性和强度。

4.如权利要求1所述的高效吸波超薄碳纤维增强复合材料，其特征在于，所述陶瓷基底材料和纤维材料均为各向同性均匀材料。

5.如权利要求1所述的高效吸波超薄碳纤维增强复合材料，其特征在于，所述纤维半径为0.025mm，纤维的中心距离变化范围为0.1mm～1.0mm，陶瓷基的厚度为0.1mm；薄层中纤维体积分数变化范围为1×10^-2mm～4.5×10^-2mm，不同层的纤维取向变化范围为0°～90°，电磁波入射角变化范围为0°～90°。

6.一种如权利要求1所述高效吸波超薄碳纤维增强复合材料的优化设计方法，其特征在于，所述高效吸波超薄碳纤维增强复合材料的优化设计方法包括：

第一步，考虑由两层不同方向纤维组成的薄片建立目标函数的分析模型；建立两层纤维增强复合材料的散射矩阵，通过各层的散射矩阵得到多层纤维增强复合材料的散射矩阵；根据Floquet定理，对于顶层，除纤维所占区域外，所有区域的场都可以平面波展开；

第二步，提出结构参数和电磁参数的优化策略，在给定频段获得材料最佳的吸收性能；利用遗传算法在可行域内寻找相对较好的解，利用顺序二次规划做进一步参数优化。

7.如权利要求6所述的高效吸波超薄碳纤维增强复合材料的优化设计方法，其特征在于，所述第一步具体包括：两个定义了直角坐标系xyz和x′y′z′，系统xyz通过沿着这些纤维的周期方向设置x轴和沿着它们的轴设置y轴被分配到上层；x′y′z′是xyz绕z轴旋转y′与第二层纤维对齐得到的，xyz坐标系被选择为全局坐标系；

设有N层，通过叠加多个2层板，构造了多层板，所有材料都是线性的、时不变的、各向同性的和均匀的；介电常数和磁导率为∈_l，j和μ_l，j，其中l代表层数，l＝0和l＝N对应上下半空间；j＝1代表基质材料，j＝2代表纤维材料；相对介电常数和磁导率为∈_lr，j和μ_lr，j；

入射波的波矢量的隐含的时域谐波依赖于exp(-iωt)，在全局坐标系中定义为其中波数量为c为真空中的光速，θ是z轴与的夹角，为x轴与在x-y平面上的投影之间的夹角；为在x-y平面上的投影，为x-z平面上的投影，入射波的波矢量分解为

第l层和第j层的波矢量定义为其中考虑由于纵向分量跨边界连续，为了方便，在所有层中使用而不是k_tl，α_l和β_l代替k_l1，k_tl1，α_l1和β_l1。