[发明专利]一种双稳态曲线纤维层合板的设计方法

权利要求书

1.一种双稳态曲线纤维层合板的设计方法，包括待测双稳态曲线纤维层合板，双稳态曲线纤维层合板具有曲线纤维路径，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：确定复合材料层合板的设计参数，确定曲线纤维路径的角度参数：其中，T₀位于复合材料层合板中心处，为纤维参考路径的初始角，T₁为距离复合材料层合板中心a/2处的平板边缘角度，d表示平板中心到边界的距离，X为纤维铺放角随指随x轴线性变化的曲线路径位置；

步骤B：建立复合材料层合板的稳态分析模型，针对步骤A给出的确定性设计参数建立复合材料层合板的稳态分析模型，应用经典层合板理论求解出层合板的拉伸刚度、耦合刚度和弯曲刚度矩阵；

对于变角度层合板，拉伸刚度、耦合刚度和弯曲刚度矩阵是关于x，y的函数，根据里兹法设定适合的中面应变函数和面外位移函数后，可求得层合板的总势能，再根据最小势能原理，进行复合材料层合板的能量分析，求解对应的参数，最后根据构件雅可比矩阵的正定性来判定解的稳定性和稳态数量，模型如下：

其中表示转换矩阵，与材料参数和铺设角度有关，C_i为中面应变能和面外位移的未知参数，k表示曲率，A为拉伸刚度矩阵，B为耦合刚度矩阵，C为弯曲刚度矩阵；

步骤C：建立Abaqus二次开发插件，由于有限元软件无法对曲线纤维直接建模，因此需要对层合板进行离散化，将层合板均分成m块微小单元，曲线纤维近似为线性的分段函数，对于每一个单元，铺设角度都是固定的常数，实现“以直代曲”；

步骤D：仿真验证复合材料壳的稳态特性，运用有限元仿真软件，根据步骤A的设计参数创建变角度层合板，通过借助Abaqus的二次开发插件对曲线纤维进行铺层，通过中心点固定及施加温度场模拟实际固化过程，最后在层合板四个顶点施加位移场使其向第二稳态转变，并输出稳态的曲率，与分析模型作比较，来验证稳态数量和稳态曲率的误差。

2.根据权利要求1所述的一种双稳态曲线纤维层合板的设计方法，其特征在于，所述步骤A中复合材料层合板的设计参数包括复合材料层合板的材料参数、铺层情况、总体尺寸及曲线纤维路径。

3.根据权利要求2所述的一种双稳态曲线纤维层合板的设计方法，其特征在于，所述铺层情况包括铺层的层数n和铺设方式，铺设方式包括正对称铺设、反对称铺设和正交铺设。

4.根据权利要求2所述的一种双稳态曲线纤维层合板的设计方法，其特征在于，所述总体尺寸为复合材料层合板的长度和宽度。

5.根据权利要求1所述的一种双稳态曲线纤维层合板的设计方法，其特征在于，所述步骤A中变角度层合板的参数包括纤维方向弹性模量E₁、纤维横向弹性模量E₂、面内泊松比v₁₂、面内剪切模量G₁₂、单层板的厚度t_s、纤维方向的热膨胀系数α₁和纤维横向热膨胀系数α₂。

6.根据权利要求1所述的一种双稳态曲线纤维层合板的设计方法，其特征在于，所述步骤C借助Abaqus二次开发接口Python来完成，输入固定的参数如：层合板的长宽、层合板厚度、旋转角和角度参数实现自动建立模型。

7.根据权利要求1所述的一种双稳态曲线纤维层合板的设计方法，其特征在于，在没有外部力加持下，层合板能保持两种稳态构型。