一种预测平面编织复合材料残余热应力的新方法
【专利摘要】一种预测平面编织复合材料残余热应力的新方法，它有三大步骤：一、根据纤维束的平面编织方式，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，在此基础上，根据冷却固化过程中组分材料，基体和纤维的收缩变形与受力状况，获得简化的胞体单元模型；步骤二、根据冷却固化过程中组分材料，基体和纤维的收缩变形协调条件，分析胞体单元内的基体和纤维的受力，获得组分材料热变形与胞体单元内力之间的本构关系，从而建立平面编织复合材料单层板的热应力分析模型；步骤三、根据平面编织复合材料单层板与纯基体层的热变形协调条件，建立其热应力方程，通过组分材料性能预测平面编织复合材料层合板的宏观残余热应力。
【专利说明】 一种预测平面编织复合材料残余热应力的新方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种预测平面编织复合材料残余热应力的新方法，属于复合材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002]复合材料在加工和应用过程中，由于基体和纤维的热膨胀系数不同以及加工工艺条件的影响，会导致复合材料内部残余热应力的产生。残余热应力对复合材料的力学性能有重要的影响，基体中的残余拉应力和纤维中的残余压应力会导致材料在拉伸载荷的作用下提前进入屈服状态，从而，降低复合材料的强度。多年来，人们通过实验、数值模拟和解析法对复合材料残余热应力问题进行了深入研究，通过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编织复合材料细观结构对其残余热应力的影响，获得复合材料材料残余热应力的解析解，仅仅需要少量的材料性能参数就能快速准确的预测复合材料残余热应力，实现编织复合材料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】
[0003]1、目的:本发明的目的是提供一种预测平面编织复合材料残余热应力的新方法，它克服了现有技术的不足，可方便而快捷地预测平面编织复合材料层合板的宏观残余热应力。
[0004]2、技术方案:本发明一种预测平面编织复合材料残余热应力的新方法，该方法具体步骤如下:
[0005]步骤一、根据纤维束的平面编织方式(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，在此基础上，根据冷却固化过程中组分材料:基体和纤维的收缩变形与受力状况，对胞体单元进行简化，获得简化的胞体单元模型；
[0006]根据图1所示的织布编织方式，考虑编织的周期性和重复性，选择代表性体积元模型，图2为所选的代表性体积元(胞体单元)，包含了 2条正交的经向纱和纬向纱(纤维束)，其中方向I定义为经向，方向2定义为纬向。根据图2，可以得到经向纱和纬向纱的中心线Z坐标表达式:
【权利要求】
1.一种预测平面编织复合材料残余热应力的新方法，其特征在于:该方法具体步骤如下: 步骤一、根据纤维束的周期性和重复性平面编织方式，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，在此基础上，根据冷却固化过程中组分材料，基体和纤维的收缩变形与受力状况，对胞体单元进行简化，获得简化的胞体单元模型； 根据织布编织方式，考虑编织的周期性和重复性，选择代表性体积元模型，它包含了 2条正交的经向纱和纬向纱，其中方向I定义为经向，方向2定义为纬向，得到经向纱和纬向纱的中心线Z坐标表达式:..h.2πχ
2.根据权利要求1所述的一种预测平面编织复合材料残余热应力的新方法，其特征在于:在步骤一中所述的“体积元”是指具有三轴向编织特征的三维单元。
3.根据权利要求1所述的一种预测平面编织复合材料残余热应力的新方法，其特征在于:在步骤二中所述的基体和纤维的收缩变形协调条件是指纤维的收缩量等于基体的伸长量。
4.根据权利要求1所述的一种预测平面编织复合材料残余热应力的新方法，其特征在于:在步骤三中所述的建立平面编织复合材料单层板与纯基体层之间的热应力方程，其建立过程如下:采用公式(11)和(12)的相似推导原理，导出胞体单元在经向和纬向的收缩变形量分别为
【文档编号】G06F17/50GK103473440SQ201310363528
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】熊峻江, 吕志阳, 罗淋尹 申请人:北京航空航天大学