专利名称：基于应变场的短纤维增强复合材料纤维取向预测方法
技术领域：
本发明涉及短纤维增强复合材料的取向预测，尤其涉及一种基于应变场的短纤维增强复合材料纤维取向预测方法。
背景技术：
短纤维增强复合材料是一种重要的工程材料，在工程中应用广泛，发展前景广阔。对于纤维取向在三维空间随机或近似随机分布的短纤维增强复合材料，其内部的纤维在成形过程中将不再保持随机取向，即纤维取向将趋于某 些方向，同时纤维取向也会相应地偏离另一些方向。短纤维增强复合材料的性能与其内部纤维取向分布状态有很密切的关系，所以短纤维增强复合材料成形中纤维取向的预测工作具有重要意义。现有的纤维取向预测方法及技术主要是针对纤维悬浮液及聚合物熔体，即基体为液态的情形，而对基体为固态的复合材料纤维取向预测方法仍未见报道。国际上最早由Jeffery分析解决了浸没在粘性流体中单根纤维的运动问题，Jeffery针对牛顿流体中的椭球形单纤维，在忽略纤维粒子之间的相互作用力的基础上，建立了由流体运动引起的纤维动力学演化方程，即Jeffery运动方程。此后，诸多学者发展了纤维取向的理论，建立了相应的纤维取向预测方法，并且一些方法已经得到实际应用。如文献“林兰芬.短纤维增强塑料注射成型中三维纤维取向的数值预测[J].材料科学与工艺，1998，(2). ”报道了一种短纤维增强复合材料注塑成形的纤维取向预测方法，该方法是在流动分析的基础上采用Folgar-Tucker取向模型进行纤维取向预测,再如商业软件MoldFlow目前已提供了基于熔体动力学的纤维取向预测分析功能。但上述方法仅适用于基体为液态的情形，不能应用于复合材料成形过程中基体为固态的情形，如短纤维增强复合材料的模锻、挤压、拉拔等。由于目前短纤维增强复合材料的制备及成形技术发展很快，故成形过程中基体保持为固态的短纤维增强复合材料纤维取向预测问题亟待解决，有必要提出相应的纤维取向预测方法。
发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于应变场的短纤维增强复合材料纤维取向预测方法，该方法可应用于基体保持为固态且初始纤维取向近似随机分布的短纤维增强复合材料成形工艺。技术方案—种基于应变场的短纤维增强复合材料纤维取向预测方法，其特征在于步骤如下步骤I :根据短纤维增强复合材料成形工艺参数及材料属性，建立有限元分析模型；步骤2 :进行成形过程有限元分析，获得坯料全局的应变场，提取有限元分析结果中各个单元的第一、第二、第三主应变大小及方向；以i表示有限元模型中的单元编号，4、4、4表示第i个单元第一、第二、第三主应变的大小，<、《、肖表示第i个单元第一、第二、第三主应变的方向向量；所述应变均指工程应变；步骤3 :计算各单元处纤维与第一、第二及第三主应变的夹角的平均值，O'为第i
个单元处纤维与第一主应变方向所夹锐角平均值，十算式为
权利要求
1.一种基于应变场的短纤维增强复合材料纤维取向预测方法，其特征在于步骤如下步骤I :根据短纤维增强复合材料成形工艺参数及材料属性，建立有限元分析模型；步骤2 :进行成形过程有限元分析，获得坯料全局的应变场，提取有限元分析结果中各个单元的第一、第二、第三主应变大小及方向；以i表示有限元模型中的单元编号，e;、4、ej表示第i个单元第一、第二、第三主应变的大小，$、$表示第i个单元第一、第二、第三主应变的方向向量；所述应变均指工程应变； 步骤3 :计算各单元处纤维与第一、第二及第三主应变的夹角的平均值，0为第i个单元处纤维与第一主应变方向所夹锐角平均值，十算式为
全文摘要
本发明涉及一种基于应变场的短纤维增强复合材料纤维取向预测方法。首先，建立复合材料成形过程的有限元模型；第二，进行成形过程有限元分析，获得坯料全局的应变场，提取有限元分析结果中各个单元的第一、第二、第三主应变大小及方向；第三，根据有限元模型中各单元的主应变方向确定复合材料中纤维定向程度最强及最弱的方向，根据各单元第一、第二、第三主应变大小计算纤维取向定向程度参量。本方法能够预测复合材料成形过程中的纤维取向变化及分布，可应用于材料基体保持为固态且初始纤维取向近似随机分布的短纤维增强复合材料成形工艺，具有预测模型简单、实施难度小的优点，克服了现有方法不适用于成形过程中基体保持为固态情形的不足。
文档编号G06F19/00GK102819678SQ20121026854
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者齐乐华, 徐乙人, 周计明, 田文龙, 马玉钦 申请人:西北工业大学