【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料，特别地涉及一种考虑温度影响的热塑性复合材料分析方法。
技术介绍
1、热塑性复合材料加热至熔点以上时，热塑性聚合物会融化；降温过程温度下降到熔点以下时，则会发生热结晶。在热塑性复合材料加工中，降温速率影响着聚合物的结晶行为，而结晶区域有助于提高材料的力学性能，非结晶区在吸收冲击能量时更为有效，从而增强复合材料的抗冲击能力。冷却速率对热塑性复合材料界面粘附强度的影响，冷却速度的提高导致了界面结合强度降低、拉伸强度和弹性模量下降以及延展性增加。
2、目前的研究主要聚焦于钻削降温热过程中热塑性复合材料结晶度的变化，然而通常忽略了这一过程对材料孔周力学参数的影响。为了更有效地提升热塑性复合材料的连接性能，迫切需要深入分析降温过程对热塑性复合材料孔周力学性能的影响。
技术实现思路
1、针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种考虑温度影响的热塑性复合材料分析方法，首先对复合材料力学性能展开分析，通过不同试验温度的准静态拉伸试验，得到了热塑性树脂在不同试验温度下的力学参数；其次，通过复合材料力学参数表征关系式，获取了不同温度下复合材料的力学参数，完成了考虑温度影响的力学参数表征；最后，对弹性响应、损伤判据、刚度折减展开分析，建立考虑温度影响的热塑性复合材料本构模型。从而得到弹性模量与试验温度、断裂应变与试验温度、泊松比与试验温度之间的关联。
2、优选地，不同温度下复合材料的力学参数包括剪切模量g(t)；
3、
4、t为温度；
5、优选地，复合材料力学参数表征关系式为：
6、
7、t表示温度，ei(t)表示不同温度下的弹性模量，下标f表示纤维，下标m表示基体，i与j分别为不同方向，i＝1,2,3；vf为纤维体积分数，vm为树脂体积分数，gij(t)表示不同温度下的剪切模量，j＝1,2,3；vij(t)为不同温度下的泊松比，c为纤维间的粘性系数。可得到复合材料不同温度下的力学参数，再根据纤维力学参数，与复材力学参数表征关系式，得到不同温度下复合材料的力学参数。
8、优选地，不同温度下复合材料的力学参数表达式：
9、
10、优选地，对弹性响应的分析包括：
11、建立复合材料应力-应变关系
12、
13、式中，i＝1,2,3；j＝1,2,3；将下标1定义为沿着纤维轴向方向，下标2、3定义为垂直于纤维轴向方向，σii为沿各个坐标轴方向的正应力，τij为沿各个坐标平面内的剪切应力，εii与γij分别为正应力与切应力相对的应变，cij(t)为不同温度下各个方向的刚度矩阵。
14、优选地，对损伤判据的分析包括：纤维的拉伸与压缩破坏，基体的拉伸和压缩破坏，具体如下：
15、1方向纤维拉伸(σ11≥0)：
16、
17、1方向纤维压缩(σ11＜0)：
18、
19、2与3方向基体拉伸(σ22+σ33≥0)：
20、
21、2与3方向基体压缩(σ22+σ33＜0)：
22、
23、式中，i＝1,2,3；j＝1,2,3；将下标1定义为沿着纤维轴向方向，下标2、3定义为垂直于纤维轴向方向，σij表示应力，xt表示1方向拉伸强度，yt表示2与3方向拉伸强度，xc表示1方向压缩强度，yc表示2与3方向和压缩强度，sij表示剪切强度。fft、ffc、fmt、fmc分布表示纤维、基体拉伸与压缩的载荷变量，下标f表示纤维，下标t表示拉伸，下标m表示基体，下标c表示压缩。
24、优选地，对刚度折减的分析包括：
25、建立指数衰减模型：
26、
27、式中，d表示材料损伤值，f为载荷变量，a为材料的断裂能；
28、四种损伤模型对应的损伤变量如下：
29、纤维拉伸损伤变量：
30、
31、纤维压缩损伤变量：
32、
33、基体拉伸损伤变量：
34、
35、基体压缩损伤变量：
36、
37、式中，lc为有限元单元特征长度，d1和d2分别是纤维方向与垂直纤维方向的临界断裂能释放率；
38、通过复合材料刚度的衰减来描述损伤演化，将上述四种损伤模型引入应力-应变关系：
39、
40、根据四种损伤起始判据，得到了相应的四个损伤变量；dft、dfc、dmt、dmc的范围为0～1之间，当值为0时，表示无损伤，cij等于当值为1时，表示完全破坏，即为0；相应地，损伤后的刚度系数表达式为：
41、
42、
43、
44、
45、
46、
47、
48、
49、
50、
51、
52、
53、上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。
54、本专利技术提供的一种考虑温度影响的热塑性复合材料分析方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
55、通过复合材料力学参数表征关系式，表征复合材料在不同温度下的力学参数；最后，构建热塑性复合材料应力应变关系、损伤准则、刚度折减等理论模型，得到考虑温度影响的热塑性复合材料本构模型，分析出复合材料的弹性模量与温度的关联性。
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1.一种考虑温度影响的热塑性复合材料分析方法，其特征在于，首先对复合材料力学性能展开分析，通过不同试验温度的准静态拉伸试验，得到了热塑性树脂在不同试验温度下的力学参数；其次，通过复合材料力学参数表征关系式，获取了不同温度下复合材料的力学参数，完成了考虑温度影响的力学参数表征；最后，对弹性响应、损伤判据、刚度折减展开分析，建立考虑温度影响的热塑性复合材料本构模型。
2.根据权利要求1所述的考虑温度影响的热塑性复合材料分析方法，其特征在于，不同温度下复合材料的力学参数包括剪切模量G(T)；
3.根据权利要求2所述的考虑温度影响的热塑性复合材料分析方法，其特征在于，复合材料力学参数表征关系式为：
4.根据权利要求3所述的考虑温度影响的热塑性复合材料分析方法，其特征在于，不同温度下复合材料的力学参数表达式：
5.根据权利要求1所述的考虑温度影响的热塑性复合材料分析方法，其特征在于，对弹性响应的分析包括：
6.根据权利要求1所述的考虑温度影响的热塑性复合材料分析方法，其特征在于，对损伤判据的分析包括：纤维的拉伸与压缩破坏，基体的拉
7.根据权利要求6所述的考虑温度影响的热塑性复合材料分析方法，其特征在于，对刚度折减的分析包括：
...【技术特征摘要】
1.一种考虑温度影响的热塑性复合材料分析方法，其特征在于，首先对复合材料力学性能展开分析，通过不同试验温度的准静态拉伸试验，得到了热塑性树脂在不同试验温度下的力学参数；其次，通过复合材料力学参数表征关系式，获取了不同温度下复合材料的力学参数，完成了考虑温度影响的力学参数表征；最后，对弹性响应、损伤判据、刚度折减展开分析，建立考虑温度影响的热塑性复合材料本构模型。
2.根据权利要求1所述的考虑温度影响的热塑性复合材料分析方法，其特征在于，不同温度下复合材料的力学参数包括剪切模量g(t)；
3.根据权利要求2所述的考虑温度影响的热塑性复合...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐振超，王淼，徐言信，胥志超，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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