[发明专利]复合材料储液容器性能多尺度检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料技术领域的检测方法，具体是一种复合材料储液容器性能多尺度检测方法。

背景技术

复合材料储液容器有广泛的应用。其结构设计研究主要通过实验加以完成，在设备的研制实验过程中，发现储液容器在工作中经常发生破损、断裂等情况。因此，迫切需要一套针对复合材料储液容器的性能检测方法，能够指导储液容器复合材料的细观结构设计，同时能够减少实验费用。

经对现有技术文献检索发现，意大利的Marco Anghileri等人在《InternationalJournal of Impact Engineering》(国际碰撞工程学报)(，2005，31发表了“Fluid-structure interaction of water filled tanks during the impact withthe ground”(水箱落地过程的流固耦合作用)，该文通过流固耦合的数值模型预测了直升机油箱跌落碰撞性能的分析，同时采用了试验方式，通过将油箱由起重机升至高处直接抛落的方式，然后对跌落的油箱进行变形碰损情况的测量，证实了这种数值模拟有效的检测了油箱的变形情况。然而这些储液容器性能检测方法还存在以下几点不足：1)针对复合材料储液容器的性能检测缺少；2)性能测试试验还存在很大的偶然性与随机性；3)实验测试条件具有的局限性；4)不能对材料细观性能进行测试，进而不能对复合材料储液容器的细观设计提供有效的帮助；5)此外，该类试验的费用相当高。因此在该类复合材料储运装置的设计中较少应用。

发明内容

本发明针对现有实验技术中存在的不足，提供一种复合材料储液容器性能的多尺度检测方法。本发明解决了复合材料储液容器的宏观与细观性能检测问题，大大缩短了设备研制时间，减少了实验的随机性与资金的投入。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：

(1)通过光学设备获取材料细观的几何形貌，材料细观几何形貌为材料性能的预测提供基本信息。采用图像处理技术提取材料细观几何参数，为细观材料单胞的三维重构提供几何信息。

(2)将步骤(1)中提取的材料细观几何参数利用三维重构方法建立材料单胞，加载周期边界条件预测材料的综合性能参数，通过复合材料宏观性能参数的预测为实际储液容器的建立提供材料性能信息。

(3)利用预测的材料综合性能参数及储液容器的设计尺寸建立复合材料储液容器模型，通过建立的复合储液容器模型，采用罚函数的方式实现流固耦合，并采用空投试验的数值再现进行储液容器碰撞冲击的安全性检测，分析复合材料储液容器的破损情况，为材料细观破坏情况的检测提供环境信息。

(4)针对储液容器的破损区域，通过单胞模型进行材料细观破坏行为检测，得到复合材料的宏观性能参数，并对储液容器的整体性能及其强度进行检验，以及对储液容器的薄弱位置细观破坏情况进行准确的预测。

所述的材料细观的几何参数，是指：经线与纬线紧密接触时的纱线横断面与走向尺寸，包括经纱线宽度、纬纱线宽度、相邻经纱线间空隙、相邻纬纱线间空隙、经纱线卷曲、纬纱线卷曲及单层厚度与织物厚度。

所述的周期边界条件，是指为保证单胞模型位移的连续性与应力的连续性所采用的一种约束方式。周期边界条件具体内容为：