一種預測平面編織復合材料殘余熱應力的新方法
【專利摘要】一種預測平面編織復合材料殘余熱應力的新方法，它有三大步驟：一、根據纖維束的平面編織方式，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，在此基礎上，根據冷卻固化過程中組分材料，基體和纖維的收縮變形與受力狀況，獲得簡化的胞體單元模型；步驟二、根據冷卻固化過程中組分材料，基體和纖維的收縮變形協調條件，分析胞體單元內的基體和纖維的受力，獲得組分材料熱變形與胞體單元內力之間的本構關系，從而建立平面編織復合材料單層板的熱應力分析模型；步驟三、根據平面編織復合材料單層板與純基體層的熱變形協調條件，建立其熱應力方程，通過組分材料性能預測平面編織復合材料層合板的宏觀殘余熱應力。
【專利說明】 一種預測平面編織復合材料殘余熱應力的新方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種預測平面編織復合材料殘余熱應力的新方法，屬于復合材料【技術領域】。
【背景技術】
[0002]復合材料在加工和應用過程中，由于基體和纖維的熱膨脹系數不同以及加工工藝條件的影響，會導致復合材料內部殘余熱應力的產生。殘余熱應力對復合材料的力學性能有重要的影響，基體中的殘余拉應力和纖維中的殘余壓應力會導致材料在拉伸載荷的作用下提前進入屈服狀態，從而，降低復合材料的強度。多年來，人們通過實驗、數值模擬和解析法對復合材料殘余熱應力問題進行了深入研究，通過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編織復合材料細觀結構對其殘余熱應力的影響，獲得復合材料材料殘余熱應力的解析解，僅僅需要少量的材料性能參數就能快速準確的預測復合材料殘余熱應力，實現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]1、目的:本發明的目的是提供一種預測平面編織復合材料殘余熱應力的新方法，它克服了現有技術的不足，可方便而快捷地預測平面編織復合材料層合板的宏觀殘余熱應力。
[0004]2、技術方案:本發明一種預測平面編織復合材料殘余熱應力的新方法，該方法具體步驟如下:
[0005]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，在此基礎上，根據冷卻固化過程中組分材料:基體和纖維的收縮變形與受力狀況，對胞體單元進行簡化，獲得簡化的胞體單元模型；
[0006]根據圖1所示的織布編織方式，考慮編織的周期性和重復性，選擇代表性體積元模型，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。根據圖2，可以得到經向紗和緯向紗的中心線Z坐標表達式:
【權利要求】
1.一種預測平面編織復合材料殘余熱應力的新方法，其特征在于:該方法具體步驟如下: 步驟一、根據纖維束的周期性和重復性平面編織方式，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，在此基礎上，根據冷卻固化過程中組分材料，基體和纖維的收縮變形與受力狀況，對胞體單元進行簡化，獲得簡化的胞體單元模型； 根據織布編織方式，考慮編織的周期性和重復性，選擇代表性體積元模型，它包含了 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，得到經向紗和緯向紗的中心線Z坐標表達式:..h.2πχ
2.根據權利要求1所述的一種預測平面編織復合材料殘余熱應力的新方法，其特征在于:在步驟一中所述的“體積元”是指具有三軸向編織特征的三維單元。
3.根據權利要求1所述的一種預測平面編織復合材料殘余熱應力的新方法，其特征在于:在步驟二中所述的基體和纖維的收縮變形協調條件是指纖維的收縮量等于基體的伸長量。
4.根據權利要求1所述的一種預測平面編織復合材料殘余熱應力的新方法，其特征在于:在步驟三中所述的建立平面編織復合材料單層板與純基體層之間的熱應力方程，其建立過程如下:采用公式(11)和(12)的相似推導原理，導出胞體單元在經向和緯向的收縮變形量分別為
【文檔編號】G06F17/50GK103473440SQ201310363528
【公開日】2013年12月25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, 呂志陽, 羅淋尹 申請人:北京航空航天大學