[发明专利]基于可控微结构的编织复合材料物性参数设计方法

摘要

本发明提供了一种基于可控微结构的编织复合材料物性参数设计方法，采用通用单胞思想，建立了介/细观传热/力学分析模型；基于网格变形技术，通过代表性周期性胞元各组分细观尺度以及胞元外形的改变，结合多尺度分析和多目标优化，可快速、有效地兼顾材料热物性参数的定向可设计需求和“轻量化”追求。本发明在不改变现有编织复合材料的制造加工工艺的基础上，以较低的设计成本和较短的设计周期获得适合2D、2.5D和3D编织复合材料需要的物性参数。

主权项

基于可控微结构的编织复合材料物性参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1）根据纤维束和编织结构的特征，采用通用单胞思想，建立介/细观传热/力学分析的有限元模型，通过胞体模板扩展，将代表性胞元的热物性与力学性能应用到宏观材料的物性预测；2）基于网格变形技术，建立单胞可变形区域与变形控制点，其中所述控制点沿预定方向的位移作为目标优化的变量；3）通过传热/力学分析，获取等效的编织复合材料物性参数，其中，热物性参数的预测方法如下公式：等效导热系数：等效密度：等效热容：式中：是热流密度；为传热距离；是加热面的温度；是六面体中与加热面平行面的温度；是体积；是比热容；是密度；是导热系数；下标“”表示等效；下标“”表示组分编号；力学参数的预测方法如下公式：等效导热系数：等效弹性模量：式中：是平均应变，为该方向上的温度差，为力载荷；4）建立基于轻量化设计的复合材料物性参数多目标优化模型，所述优化模型的优化计算包括优化热物性参数计算和优化力学性能参数计算。