一種設計平面編織復合材料力學模量的新方法
【專利摘要】一種設計平面編織復合材料力學模量的新方法，它有四大步驟：步驟一、根據纖維束的平面編織方式即周期性和重復性，選擇最小的重復性單元作為代表性體積元，由此確定其胞體單元；步驟二、根據外載荷施加方式以及步驟一中的胞體單元，對胞體單元內織布的纖維束進行受力分析，從而，建立平面編織復合材料胞體單元纖維織布的細觀力學模型，確定胞體單元內纖維織布的總應變余能U*，并利用最小勢能原理，求解胞體單元纖維織布的內力；步驟三、根據卡式定理或單位載荷法求解胞體單元纖維織布的變形，再根據應力-應變本構方程，得到平面編織復合材料織布的力學模量；步驟四、根據混合定理，得到平面編織復合材料的彈性模量。
【專利說明】一種設計平面編織復合材料力學模量的新方法
【技術領域】
[0001]本發明提供一種設計平面編織復合材料力學模量的新方法，屬于復合材料設計領域。
【背景技術】
[0002]平面編織復合材料作為一種新型輕質高效紡織結構復合材料，具有工藝自動化程度水平高、經濟性好、結構整體性能優異、抗沖擊和疲勞阻等優點，與單向纖維增強的復合材料層合板相比，平面編織復合材料層板對改進層間、層內強度和損傷容限等方面具有巨大的潛力。因此，編織復合材料在航空、航天、航海、汽車等領域都得到了廣泛應用。實驗手段直接測量平面編織復合材料殘余熱應力成本較高，且測試過程中易受到很多偶然因素的影響；有限元數值模擬方法需要建立復雜的有限元模型，計算復雜，計算效率低，計算精度難以保證；因此，本發明運用細觀力學分析方法研究平面編織復合材料細觀結構對其宏觀性能的影響，獲得其宏觀力學模量的解析解，僅僅需要少量的組分材料性能參數就能快速準確地預測平面編織復合材料宏觀力學模量，實現平面編織復合材料宏觀性能的優化設計，可見本發明具有重要學術意義和工程應用價值。

【發明內容】

[0003]本發明提供了一種設計平面編織復合材料力學模量的新方法，該方法具有計算簡便，精度高等優點，其技術方案如下:
[0004]步驟一、根據纖維束的平面編織方式(如周期性和重復性等)，選擇最小的重復性單元作為代表性體積元，由此確定其胞體單元；圖2為所選的代表性體積元(胞體單元)，包含了 2條正交的經向紗和緯向紗(纖維束)，其中方向I定義為經向，方向2定義為緯向，將經向紗和緯向紗理想化成正弦的曲梁，可以得到經向紗和緯向紗的中心線Z坐標表達式:
[0005]
【權利要求】
1.一種設計平面編織復合材料力學模量的新方法，其特征在于:該方法具體步驟如下: 步驟一、根據纖維束的平面編織方式即周期性和重復性，選擇最小的重復性單元作為代表性體積元，由此確定其胞體單元；該胞體單元包含了 2條正交的經向紗和緯向紗，其中方向I定義為經向，方向2定義為緯向，將經向紗和緯向紗理想化成正弦的曲梁，得到經向紗和緯向紗的中心線Z坐標表達式:.!%.Imx
2.根據權利要求1所述的一種設計平面編織復合材料力學模量的新方法，其特征在于:步驟一中所述的“體積元”是指具有三軸向編織特征的三維單元。
【文檔編號】G06F19/00GK103455713SQ201310363526
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】熊峻江, 白江波, 程序 申請人:北京航空航天大學