[发明专利]一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法

说明书

本发明公开了一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法，包括以下步骤，1)建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的纬向投影图；2)根据纬向投影图，建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的立体框架图；3)根据立体框架图建立2.5维编织复合材料的标准模型；4)挖取标准模型的目标位置的原几何组块，另行建立考虑挤压的纬纱几何组块，并进行代替装配，获得新模型整体；5)对新模型整体进行结构耦合，成为一个完全的、各单元联系紧密的整体。有助于进一步规范有限元分析流程，提高有限元分析精度和准确度且因素影响限制范围广，具有较大的普适性。

技术领域

本发明涉及复合材料几何建模领域，具体涉及一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法。

背景技术

自20世纪60年代起，复合材料得到了日新月异的发展，在航空航天、船舶运输和医疗等领域应用十分广泛。对于复合材料性能的研究，许多学者采用有限元分析方法，即通过建立模型、划分网格、设置参数、软件求解和实验验证的分析流程获得复合材料的各项性能。在这一过程中，建立几何模型前的结构分析是重中之重，无论是参数化建模还是采用建模软件进行可视化实体建模，都要力求考虑到几何模型内部结构的各项特征以免漏掉重要影响因素，否则，计算结果的准确度会大受影响。关于几何模型的结构分析，大量文献显示研究人员作了各种猜想，无损检测技术的逐步发展又使得复合材料内部结构可以轻松获取，这进一步优化了几何模型的假设。然而，对于纺织复合材料，研究人员对复合材料纱线的截面作了如下假设：跑道形、双凸透镜形、矩形、六边形、八边形等等，对于纱线走向尤其是纬纱走向则是简单的看做单一函数型，相关研究很不足，这在求解纱线力学性能的准确度时无疑会很受影响。同时，根据无损检测技术对纺织复合材料内部的探测情况来看，表层纱线受到加工工艺的影响最大，模具挤压、刀具切割和机器造型等工艺严重改变了表层纱线的几何特征，这就表明，不能仅靠单一的假设或单一的函数来表征纺织复合材料结构规律。

发明内容

本发明的目的在于提供一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法，有助于进一步规范有限元分析流程，提高有限元分析精度和准确度，且因素影响限制范围，具有较大的普适性。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供如下技术方案：

一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法，包括以下步骤：

1)建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的纬向投影图；

2)根据纬向投影图，建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的立体框架图；

3)根据立体框架图建立2.5维编织复合材料的标准模型；

4)挖取标准模型的目标位置的原几何组块，另行建立考虑挤压的纬纱几何组块，并进行代替装配，获得新模型整体；

5)对新模型整体进行结构耦合，成为一个完全的、各单元联系紧密的整体。

本发明进一步设置为，所述步骤1)建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的纬向投影图，具体为，

1-1)利用无损检测技术对2.5维编织复合材料试验件进行扫描，获取扫描图和试验件的内部结构特征，利用软件测量扫描图上各组分的尺寸；

1-2)根据各组分的尺寸建立该复合材料考虑纬纱挤压的纬向投影图。

本发明进一步设置为，所述步骤2)建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的立体框架图，具体为，将纬向投影图保存为dwg格式的文件，并将其版本转换为AutoCAD2007版，将转换好了的投影图由UG NX 10.0打开，在UG NX10.0软件中选取该投影图的四条边界，设置拉伸长度为单胞模型纬向长度，形成立体框架图，并将立体框架图导出为igs格式文件。