[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

说明书

本发明公开了一种层叠碳纤维复合材料的层间连接弹性模量计算方法：层叠碳纤维复合材料的层间连接包括层叠复合材料碳纤维之间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层之间各向同性材料的均匀连接两个部分；中间缝隙中的各向异性材料的局部连接具有随机性；各个层之间各向同性材料的均匀连接不具有随机性；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，为层叠碳纤维复合材料预制体的层间连接弹性模量和剥离强度的力学提供一种计算和评价方法。

技术领域

本发明属于层叠碳纤维复合材料的力学性能分析与设计领域，涉及对碳纤维叠层结构形成的不同形状碳纤维复合材料零件中层叠碳纤维复合材料层间连接弹性模量及其力学性能的计算。

背景技术

针对层叠碳纤维复合材料的层间连接弹性模量分析计算，传统层叠碳纤维复合材料的力学计算模型大多数没有考虑碳纤维在复合材料内部结构中的分布特征，还需要通过实验加以修正，导致仿真结果与实际的碳纤维复合材料力学性能存在较大偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种层叠碳纤维复合材料的层间连接弹性模量计算方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

(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。

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。

所述短碳纤维束的长度为2～5厘米。

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。

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：

E＝E_y,x₀+i×x_g-0.5x_mg<x<x₀+i×x_g+0.5x_mg

E＝E_b,x₀+(i-1)×x_g+0.5x_mg≤x≤x₀+i×x_g-0.5x_mg (1-1)