[发明专利]一种层叠碳纤维复合材料的层间连接弹性模量计算方法

权利要求书

1.一种层叠碳纤维复合材料的层间连接弹性模量计算方法，其特征在于：该计算方法包括以下步骤：

(1)建立层叠碳纤维复合材料的层间连接模型

层叠碳纤维复合材料的层间连接包括基于层叠碳纤维复合材料的碳布层内的中间缝隙中的各向异性材料的局部连接和基于层叠碳纤维复合材料的各个碳布层之间各向同性材料的均匀连接两个部分；

(2)基于步骤(1)中所述层间连接模型，采用材料力学和随机理论建立层叠碳纤维复合材料的层间连接弹性模量计算方法；

所述层叠碳纤维复合材料的层间连接弹性模量按照公式(1-1)进行计算：

公式(1-1)中，x_g为相邻两个中间缝隙中心的距离；x_mg为一个中间缝隙的宽度，x₀为选取的碳布层平面支撑点处第一个周期性微观结构的中心到该支撑点的长度；i取值为0或自然数；E_y为所述中间缝隙中的各向异性材料的局部连接所对应的层间连接弹性模量，E_b为所述各个碳布层之间各向同性材料的均匀连接所对应的层间连接弹性模量，x为选取的碳布层平面支撑点和受力点之间任意周期性微观结构的点到该支撑点的长度。

2.根据权利要求1所述一种层叠碳纤维复合材料的层间连接弹性模量计算方法，其特征在于：所述层叠碳纤维复合材料的结构包括层叠的多个碳布层以及设置在碳布层上下表面的填充材料，每一层碳布层平面内的碳纤维编织形成多边形的周期性微观结构，该周期性微观结构的边由碳纤维组成，不同方向的碳纤维编织后形成位于周期性微观结构内的中间缝隙，所述中间缝隙由填充材料填充后，使得相邻两层碳布层对应的上下表面相连接。

3.根据权利要求2所述一种层叠碳纤维复合材料的层间连接弹性模量计算方法，其特征在于：所述填充材料由粘结胶以及长度较碳布层的碳纤维短的短碳纤维束组成。

4.根据权利要求3所述一种层叠碳纤维复合材料的层间连接弹性模量计算方法，其特征在于：所述短碳纤维束的长度为2～5厘米。

5.根据权利要求3所述一种层叠碳纤维复合材料的层间连接弹性模量计算方法，其特征在于：所述中间缝隙中的各向异性材料的局部连接是由所述填充材料中短碳纤维束轴向力学性能来实现，所述中间缝隙中的各向异性材料的局部连接的力学性能具有随机性；所述各个碳布层之间各向同性材料的均匀连接是由于所述填充材料中短碳纤维束轴向垂直于碳布层上下表面的层间方向，填充材料性质各向同性，所述各个碳布层之间各向同性材料的均匀连接的力学性能不具有随机性。

6.根据权利要求3所述一种层叠碳纤维复合材料的层间连接弹性模量计算方法，其特征在于：所述中间缝隙中的各向异性材料的局部连接所对应的层间连接弹性模量E_y按照公式(1-2)计算：

公式(1-2)中，E_f为填充材料中的短碳纤维束的轴向弹性模量，E_m为填充材料中的粘结胶的弹性模量；ρ_y为中间缝隙的填充材料中短碳纤维束的体积含量；1-ρ_y为中间缝隙的填充材料中粘结胶的体积含量；x_mg0为一个中间缝隙的最小宽度，x_mg0取值为短碳纤维束的直径尺寸；λ为中间缝隙的宽度和最小宽度之比；σ为工艺决定的短碳纤维束数量随机变化分布的方差；α_cp为工艺参数对短碳纤维束的体积含量影响的工艺能力系数，α_cp取值范围为[0,1]；β为中间缝隙宽度结构参数对短碳纤维束数量分布方差的影响系数，β取值范围为[0,1]；y为任意中间缝隙的点和该中间缝隙中心的距离。

7.根据权利要求3所述一种层叠碳纤维复合材料的层间连接弹性模量计算方法，其特征在于：所述各个碳布层之间各向同性材料的均匀连接所对应的层间连接弹性模量E_b按照公式(1-3)计算：

公式(1-3)中，E_f为填充材料中的短碳纤维束的轴向弹性模量，E_m为填充材料中的粘结胶的弹性模量；μ为短碳纤维束副方向和主方向的弹性模量比，所述主方向指短碳纤维束轴向，所述副方向指短碳纤维束轴向以外其他方向；为碳布层的上下两个表面的填充材料中短碳纤维束的体积含量。