[发明专利]一种三轴向编织复合材料格栅力学模量的预测方法

说明书

技术领域

本发明提供一种三轴向编织复合材料格栅力学模量的预测方法，属于复合材料设计技术领域。

背景技术

编织复合材料作为一种新型轻质高效纺织结构复合材料，具有工艺自动化程度水平高、经济性好、结构整体性能优异、抗冲击和疲劳阻等优点，与单向纤维增强的复合材料层合板相比，编织复合材料层板对改进层间、层内强度和损伤容限等方面具有巨大的潜力。因此，编织复合材料在航空、航天、航海、汽车等领域都得到了广泛应用。实验手段直接测量平面编织复合材料残余热应力成本较高，且测试过程中易受到很多偶然因素的影响；有限元数值模拟方法需要建立复杂的有限元模型，计算复杂，计算效率低，计算精度难以保证；因此，本发明运用细观力学分析方法研究三轴编织复合材料格栅细观结构对其宏观性能的影响，获得其宏观力学模量的解析解，仅仅需要少量的组分材料性能参数就能快速准确地预测三轴编织复合材料格栅的宏观力学模量，实现三轴编织复合材料格栅宏观性能的优化设计，可见本发明具有重要学术意义和工程应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三轴向编织复合材料格栅力学模量的预测方法，该方法具有计算简便，精度高等优点，其技术方案如下：

步骤一、根据纤维束的三轴编织方式（如周期性和重复性等），选择最小的重复性单元作为代表性体积元，由此确定其胞体单元；将三轴向纤维束理想化成正弦的曲梁，并根据纤维束中心线位置，分别建立0°、-60°和60°纤维束坐标系(如图3a、3b和3c所示)，于是，可以得到三轴向纤维束的中心线Z坐标表达式：

Z1=-πh2Lcos(πLx1)Z2=πh2Lcos(πLx2)Z3=-πh2Lsin(πLx3)...(1)]]>

式中h和L分别为纤维束截面高度和纤维束长度。

步骤二、根据外载荷施加方式以及步骤一中的胞体单元，对胞体单元内的纤维束进行受力分析，从而，建立三轴编织复合材料格栅胞体单元纤维织布的细观力学模型，确定胞体单元内纤维织布的总应变余能U^*，并利用最小势能原理，求解胞体单元纤维织布的内力。

胞体单元的总应变余能U^*的表达式为