[发明专利]一种三维五向编织复合材料内胞模型的建模方法

说明书

本发明公开了一种三维五向编织复合材料内胞模型的建模方法，根据矩形四步法规律，得出编织纱和轴向纱运动轨迹。根据携纱器位置的对偶交换特性，可知三维五向编织预制体由单胞重复组成，对预制体进行划分得出内胞、面胞和角胞区域。基于电镜对样件截面的扫描图片，对内胞中编织纱和轴向纱截面及编织纱和轴向纱挤压关系进行合理假设，建立了内胞几何模型、编织纱和轴向纱截面参数、编织角和纱线规格间的参数关系。利用三维建模软件将截面和轨迹结合实体化，得出编织纱和轴向纱实体模型，用编织纱轴向纱实体模型对内胞六面体整体几何模型进行布尔运算差集得到基体部分。这样，编织纱实体、轴纱实体和基体部分可组成三维五向编织复合材料的内胞模型。

技术领域

本发明属于复合材料编织技术领域，涉及一种三维五向编织复合材料内胞模型的建模方法。

背景技术

近年来，三维五向编织复合材料以其高比强度比模量、疲劳性能优秀、耐腐蚀性强及可设计性强等特点成为航天航空部分特殊主承力构件和功能构件的理想候选结构材料。但是，三维五向编织复合材料在细观尺寸上具有复杂的结构，不便采用有限元软件对其结构进行计算分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维五向编织复合材料内胞模型的建模方法，能够真实模拟三维五向编织复合材料空间形态的同时又能起到指导三维建模的作用。

本发明所采用的技术方案是，一种三维五向编织复合材料内胞模型的建模方法，具体操作步骤如下：

步骤1：对编织好的三维五向预制件以加热、压缩的形式，复合材料经过加热融化、冷却加固这个过程，形成一整块矩形三维编织复合材料；

步骤2：将该矩形三维五向编织复合材料横截面区域划分为表面区域、内部区域和棱角区域三个部分，内胞模型指的就是内部区域中的一个单胞；

内胞模型是一个六面体内胞实体模型，由由轴向纱实体、编织纱实体和基体实体紧密贴合在一起组成；

步骤3：将六面体内胞实体模型的内部空间分为上下四层，形成了六面体内胞内部结构线，在六面体内胞内部结构线里，包括了轴纱纱线轨迹和编织纱纱线轨迹空间运动轨迹，最后根据内胞几何参数、编织纱及轴向纱截面参数建立单胞模型。

本发明的特点还在于：

基体实体是在由六面体内胞实体基础上，结合轴向纱实体模型和编织纱实体模型，进行布尔运算差集得到。

具体建模过程如下：

首先，根据轴向纱横截面面积S_a、轴向纱线密度λ_a(g/m)、轴向纱填充因子ε_a确定轴纱纱线截面和编织纱纱线截面的尺寸参数δ、k、l和e，

其次，先确定一个六面体内胞实体的外形尺寸，其长宽高分别用W_i，T_i及 h来表示，根据前面获得的参数δ、k、l和e，并将其内部空间平均分为上下四个部分，建立出六面体内胞内部结构线；

接着，确定内胞里的轴纱纱线轨迹的空间位置，一个内胞里包括根轴纱纱线轨迹，将六面体内胞内部结构线从顶层往底层分析，这9根轴纱纱线轨迹分别位于六面体内胞内部结构线的四个竖直棱线处、四个竖直面的中线处和上线表面中点的连线处。