[发明专利]针刺斜纹布复合材料的纤维路径确定及性能计算方法

权利要求书

1.一种针刺斜纹布复合材料的纤维路径确定及性能计算方法，其特征在于，包括：

根据针刺结构将所述复合材料划分为非针刺区域、单独针刺区域和重复针刺区域；所述复合材料包括斜纹布铺层和网胎铺层；

分别计算所述非针刺区域和所述重复针刺区域的刚度性能；

对所述单独针刺区域中的每一个单胞，确定该单胞中每一铺层上纤维的面内偏转角度和面外偏转角度，并根据所述面内偏转角度和所述面外偏转角度分别计算得到该单胞中每一铺层上纤维面内偏转后的刚度性能和面外偏转后的刚度性能；

根据刚度均匀化方法计算得到所述单独针刺区域中每一个单胞的刚度性能；

根据所述非针刺区域、重复针刺区域分别对应的刚度性能以及所述单独针刺区域中每一个单胞的刚度性能，确定所述复合材料的刚度性能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定该单胞中每一铺层上纤维的面内偏转角度和面外偏转角度，包括：

将该单胞中的网胎铺层上纤维的面内偏转角度和面外偏转角度均确定为0；

将该单胞中的斜纹布铺层上纤维的面内偏转角度和面外偏转角度通过如下方式计算：

利用第一公式计算得到纤维的面内偏转角度；

所述第一公式为：

其中，α为面内偏转前(x,y,z)坐标位置上的纤维对应的面内偏转角度；大于R_n；其中，三维坐标轴的原点为针刺圆心点；

利用如下确定方式确定纤维的面外偏转角度：

利用如下第二公式计算纤维面外偏转后(x₀,y₀,z₀)坐标位置上的深度z₀；

根据纤维面外偏转后的深度确定面外偏转方向；

对面外偏转方向进行反正切计算，得到纤维的面外偏转角度；

所述第二公式为：

其中，H_d表示纤维偏转深度，R_e表示针刺区域半径，R_n表示针刺纤维束半径。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

在所述将该单胞中的斜纹布铺层上纤维的面内偏转角度和面外偏转角度通过如下方式计算之前，还包括：

将该单胞中的斜纹布铺层划分为纱线搭接区域、经纱单独区域、纬纱单独区域和基体区域；并将所述基体区域中纤维的面内偏转角度和面外偏转角度均确定为0，以及将所述经纱单独区域和所述纬纱单独区域的面内偏转角度确定为0；

针对所述纱线搭接区域，利用所述第一公式执行所述计算纤维的面内偏转角度；

针对所述纱线搭接区域、所述经纱单独区域和所述纬纱单独区域，利用所述确定方式执行所述确定纤维的面外偏转角度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在针对所述纱线搭接区域、所述经纱单独区域和所述纬纱单独区域，利用所述确定方式执行所述确定纤维的面外偏转角度时，所述根据纤维面外偏转后的深度确定面外偏转方向，包括：

所述纱线搭接区域中纤维面外偏转后对应的面外偏转方向为：

所述经纱单独区域中纤维面外偏转后对应的面外偏转方向为：

所述纬纱单独区域中纤维面外偏转后对应的面外偏转方向为：

其中，

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述面内偏转角度和所述面外偏转角度分别计算得到该单胞中每一铺层上纤维面内偏转后的刚度性能和面外偏转后的刚度性能，包括：

确定该单胞中每一铺层上纤维未偏转时对应的刚度矩阵；

根据该单胞中每一铺层上纤维的面内偏转角度/面外偏转角度，确定该单胞中每一铺层上纤维在该面内偏转角度/面外偏转角度下对应偏转后三维坐标轴与未偏转时三维坐标轴之间的方向余弦；

根据确定的方向余弦构建转置矩阵；

根据该单胞每一铺层上纤维未偏转时对应的刚度矩阵与构建的对应转置矩阵，计算得到该单胞每一铺层上纤维在该面内偏转角度/面外偏转角度下偏转后的刚度性能。