一种编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法及其装置

本发明属于复合材料结构力学性能计算分析领域，尤其涉及一种编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法及其装置。

背景技术：

1、编织复合材料由于其具有轻质高强、抗冲击性能优越、疲劳性能良好等优势被广泛应用于航空航天、船舶、汽车及冲击防护等领域。采用基于理论模型和数值模拟的手段可以有效获得编织复合材料结构在冲击作用下的损伤演化。然而，由于编织复合材料具有天然的多尺度特性，难以便捷地获得力学性能参数，限制了其广泛使用。现有的编织复合材料结构计算方法均是采用均匀化理论将其等效为正交各项异性材料进行计算，但是该方法存在的不足如下：

2、1）动态材料参数难以获取。现有层级多尺度仅仅能获得准静态作用载荷的材料参数，无法获得动态的应力应变曲线。

3、2）均匀化理论忽略了编织复合材料的结构特性。由于在介观层级，编织复合材料的纤维束为空间分布，在外载荷作用下处于偏轴应力作用，且其应力传递沿纤维束的编织方向，简化处理后将预测的编织复合材料损伤演化行为差距较大。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法，包括：

3、获取编织复合材料的材料参数和纤维含量；

4、基于所述纤维含量，构建微观层级的第一代表体积单元模型；

5、将所述材料参数添加至所述第一代表体积单元模型中，并对所述第一代表体积单元模型施加准静态载荷，得到编织复合材料的损伤参数曲线；

6、基于所述损伤参数曲线，对所述第一代表体积单元模型施加速度载荷，得到编织复合材料的应力应变曲线；

7、获取编织复合材料的纤维束编织路径，基于所述纤维束编织路径，构建介观层级的第二代表体积单元模型；

8、将所述应力应变曲线代入所述第二代表体积单元模型，得到纤维束材料矩阵；

9、基于所述纤维束材料矩阵和设置好的损伤判据，得到编织复合材料结构的损伤演化曲线。

10、优选地，所述材料参数包括：弹性模量、泊松比、能量释放率、拉压强度。

11、优选地，方法还包括对所述第一代表体积单元模型施加动态周期性边界条件，其中所述动态周期性边界条件为：

12、

13、其中，与代表rve胞元中对立的两个面，为两个面之间的距离，为应变率，为应变率持续的时间。

14、优选地，所述准静态载荷为若干个正交关系的静态载荷。

15、优选地，所述纤维束材料矩阵为：

16、

17、其中，，为材料在1/2/3方向的弹性模量，为kl方向的泊松比(k, l = 1,2,3)，为材料i在kl方向的损伤因子。

18、优选地，设置好的损伤判据为：

19、

20、其中，为kl方向的等效应力，和为纤维方向的拉伸和压缩强度，和为树脂方向的拉伸和压缩强度，为剪切强度，为剪切增强因子。

21、为了实现上述技术目的，本发明还提供了一种计算装置，所述计算装置用于执行所述的编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法。

22、为了实现上述技术目的，本发明还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现所述的编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法。

23、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

24、本发明提供了一种编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法，包括：获取编织复合材料的材料参数和纤维含量；基于所述纤维含量，构建微观层级的第一代表体积单元模型；将所述材料参数添加至所述第一代表体积单元模型中，并对所述第一代表体积单元模型施加准静态载荷，得到编织复合材料的损伤参数曲线；基于所述损伤参数曲线，对所述第一代表体积单元模型施加速度载荷，得到编织复合材料的应力应变曲线；获取编织复合材料的纤维束编织路径，基于所述纤维束编织路径，构建介观层级的第二代表体积单元模型；将所述应力应变曲线代入所述第二代表体积单元模型，得到纤维束材料矩阵；基于所述纤维束材料矩阵和设置好的损伤判据，得到编织复合材料结构的损伤演化曲线。

25、本发明通过对第一代表体积单元模型施加速度载荷的技术方案，能够获取动态的应力应变曲线，同时解决了现有技术中忽略编织复合材料的结构特性的技术问题,与现有技术相比，本发明预测的三维编织复合材料的拉压强度更为准确。

技术特征：

1.一种编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法，其特征在于，所述材料参数包括：弹性模量、泊松比、能量释放率、拉压强度。

3.根据权利要求1所述的编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法，其特征在于，还包括对所述第一代表体积单元模型施加动态周期性边界条件，其中所述动态周期性边界条件为：

4.根据权利要求1所述的编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法，其特征在于，所述准静态载荷为若干个正交关系的静态载荷。

5.根据权利要求1所述的编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法，其特征在于，所述纤维束材料矩阵为：

6.根据权利要求1所述的编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法，其特征在于，设置好的损伤判据为：

7.一种计算装置，其特征在于，所述计算装置用于执行权利要求1-6任一项所述的编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法。

8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法。

技术总结本发明公开了一种编织复合材料结构冲击损伤演化计算方法及其装置，属于复合材料结构力学性能计算分析领域，包括：获取编织复合材料的材料参数和纤维含量；构建第一代表体积单元模型；将材料参数添加至第一代表体积单元模型中，对第一代表体积单元模型施加准静态载荷，得到编织复合材料的损伤参数曲线；对第一代表体积单元模型施加速度载荷，得到编织复合材料的应力应变曲线；获取编织复合材料的纤维束编织路径，构建介观层级的第二代表体积单元模型；将应力应变曲线代入第二代表体积单元模型，得到纤维束材料矩阵；基于纤维束材料矩阵和设置好的损伤判据，得到损伤演化曲线。本发明考虑了编织复合材料的结构特性，能够得到动态应力应变曲线。技术研发人员：李营,赵天,朱央炫,邱梓恒,吴振波受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18