[发明专利]编织复合材料力学性能的多尺度预测方法

权利要求书

1.一种编织复合材料力学性能的多尺度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)输入初始参数，并开始施加位移增量；

2)根据自下向上均匀化过程，依次计算纤维/基体尺度、纤维束尺度和单胞尺度的弹性刚度阵；

3)基于连续介质力学与均匀化理论，构建多尺度关联矩阵；

4)对单胞整体进行应力应变分析，并通过步骤3)中的多尺度关联矩阵将应力自上向下进行分解，同步得到各级尺度下的应力应变场；

5)根据纤维和基体各自的强度准则判断组分材料是否失效，若为是，即对相应的组分材料进行刚度折减，并执行步骤6)，否则，直接执行步骤6)；

6)判断单胞整体是否失效，若为是，执行步骤7)，否则，添加下一位移增量，并返回步骤2)；

7)停止计算，输出编织复合材料的刚度与强度计算结果。

2.根据权利要求1所述的一种编织复合材料力学性能的多尺度预测方法，其特征在于，所述的初始参数包括纤维/基体尺度下各组分材料的力学性能参数及编织结构的几何参数。

3.根据权利要求1所述的一种编织复合材料力学性能的多尺度预测方法，其特征在于，所述的纤维/基体尺度的弹性刚度阵计算过程具体如下：

基于单胞解析模型划分子胞，之后根据纤维、基体子胞间的位移连续与应力连续条件求解得到单向纤维增强复合材料的刚度阵。

4.根据权利要求1所述的一种编织复合材料力学性能的多尺度预测方法，其特征在于，所述的纤维束尺度的弹性刚度阵计算过程具体如下：

采用正弦函数来描述织物的卷曲构型，通过将各微段沿纤维束方向进行积分，计算得到整体纤维束的刚度阵，其中各微段均可视为单向纤维增强复合材料。

5.根据权利要求1所述的一种编织复合材料力学性能的多尺度预测方法，其特征在于，所述的单胞尺度的弹性刚度阵计算过程具体如下：

采用等应变假设，将各层纤维束的刚度阵取体积平均，从而得到单胞整体的刚度阵。

6.根据权利要求1所述的一种编织复合材料力学性能的多尺度预测方法，其特征在于，所述的通过步骤3)中的多尺度关联矩阵将应力自上向下进行分解的过程具体如下：

首先基于等应变假设，将编织复合材料单胞整体的应力分配到每一层纤维束中，得到单层纤维束的应力应变场；再根据多尺度关联矩阵，将每一层纤维束的应力分配到单个纤维/基体子胞中，从而求出局部组分材料的应力应变场。

7.根据权利要求1所述的一种编织复合材料力学性能的多尺度预测方法，其特征在于，所述的判断组分材料是否失效，是采用纤维和基体的强度值来判断局部组成部分是否失效。

8.根据权利要求1所述的一种编织复合材料力学性能的多尺度预测方法，其特征在于，所述的单胞整体失效即为各层纤维全部失效。