基于应变场的短纤维增强复合材料纤维取向预测方法

摘要

本发明涉及一种基于应变场的短纤维增强复合材料纤维取向预测方法。首先，建立复合材料成形过程的有限元模型；第二，进行成形过程有限元分析，获得坯料全局的应变场，提取有限元分析结果中各个单元的第一、第二、第三主应变大小及方向；第三，根据有限元模型中各单元的主应变方向确定复合材料中纤维定向程度最强及最弱的方向，根据各单元第一、第二、第三主应变大小计算纤维取向定向程度参量。本方法能够预测复合材料成形过程中的纤维取向变化及分布，可应用于材料基体保持为固态且初始纤维取向近似随机分布的短纤维增强复合材料成形工艺，具有预测模型简单、实施难度小的优点，克服了现有方法不适用于成形过程中基体保持为固态情形的不足。

主权项

一种基于应变场的短纤维增强复合材料纤维取向预测方法，其特征在于步骤如下：步骤1：根据短纤维增强复合材料成形工艺参数及材料属性，建立有限元分析模型；步骤2：进行成形过程有限元分析，获得坯料全局的应变场，提取有限元分析结果中各个单元的第一、第二、第三主应变大小及方向；以i表示有限元模型中的单元编号，表示第i个单元第一、第二、第三主应变的大小，表示第i个单元第一、第二、第三主应变的方向向量；所述应变均指工程应变；步骤3：计算各单元处纤维与第一、第二及第三主应变的夹角的平均值，为第i个单元处纤维与第一主应变方向所夹锐角平均值，计算式为：为第i个单元处纤维与第二主应变方向所夹锐角平均值，计算式为：为第i个单元处纤维与第三主应变方向所夹锐角平均值，计算式为：所述的单位均为弧度；将计算式中的积分上下限换算至[‑1,1]之间，并选用五点高斯积分最终获得积分结果；步骤4：第i个单元处的纤维取向预测如下：①当值在0至1之间时，值与纤维沿方向定向程度呈反比；②当值在1至π/2之间时，值与纤维偏离方向的程度呈正比；③当纤维沿方向的定向程度介于与之间时，的值表示了纤维与所夹锐角的平均值，当值小于1时，值与纤维偏向方向的程度呈反比；当值大于1时，值与纤维偏离方向的程度呈正比。