[发明专利]单向纤维增强复合材料中纤维随机分布生成方法

摘要

本发明属于机械工程技术领域，具体涉及单向纤维增强复合材料中纤维随机分布生成方法。包括以下步骤：(S1)在纤维增强复合材料横截面上生成第一根纤维；(S2)生成第一根纤维的邻近纤维，定义第一根纤维的邻近纤维为第二代纤维；(S3)按照步骤(S2)中的生成第一根纤维的邻近纤维方法，逐一对第二代纤维中的每一根纤维进行处理，生成邻近纤维，定义为第三代纤维；依次逐代生成邻近纤维，直到某一代的纤维的圆心全部都在纤维增强复合材料横截面区域外，结束该生成过程。本发明能模拟纤维分布的随机特征，并且可以将纤维体积比提升至70％以上，在不改变纤维随机特征的前提下实现较少采样，提高了运算效率，减少了时间。

主权项

1.一种单向纤维增强复合材料中纤维随机分布生成方法，其特征在于，包括以下步骤：(S1)生成第一根纤维：在纤维增强复合材料横截面上选取一个矩形区域，所述矩形区域的中心与纤维增强复合材料横截面的中心重合，在矩形区域内随机选择一个点(x₀,y₀)，以(x₀,y₀)为圆心，纤维直径为dμm，确定第一根纤维；(S2)生成第一根纤维的邻近纤维：定义两个随机向量l和θ，其中l表示第一根纤维和其邻近纤维圆心之间的距离，θ为第一根纤维的圆心与邻近纤维的圆心连线的角度，l和θ服从均匀分布，l_min+d≤l≤l_max+d，0≤θ≤2π，l_min为第一根纤维与其邻近纤维之间所允许的最短距离，l_max为第一根纤维与其邻近纤维之间所允许的最大距离；采用拉丁超立方抽样(LHS)方法，对随机向量组{l,θ}抽取N组数据，得到{(l_i,θ_i)}，i＝1,2,…,N，由此得到N个纤维的圆心坐标点{(x_i,y_i)}，其中x_i＝l_i*cosθ_i，y_i＝l_i*sinθ_i；根据所述圆心坐标点{(x_i,y_i)}，依次将N根纤维布置在第一根纤维周围，若某根纤维和已布置纤维产生重叠或者其圆心在矩形区域外，则舍弃该根纤维；定义第一根纤维的邻近纤维为第二代纤维；(S3)按照步骤(S2)中的生成第一根纤维的邻近纤维方法，逐一对第二代纤维中的每一根纤维进行处理，生成邻近纤维，定义为第三代纤维；依次逐代生成邻近纤维，直到某一代的纤维的圆心全部都在矩形区域外，结束该生成过程，保留所有圆心位置在矩形区域内的纤维。