【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料，具体涉及一种编织复合材料的模型构建与仿真方法、装置及存储介质。
技术介绍
1、现有技术中，由于编织复合材料是由纤维束沿经纬向编织而成且具有复杂的微结构，在热循环为代表的多物理场载荷下的试验测试成本较高，且微观损伤与热-力学响应较难观测。基于数值方法及材料本构，构建考虑基体中孔隙的分布、编织方式、材料相性质的微观-细观-宏观多尺度模型，以及在热循环载荷下材料本构、微观结构的变化，可用于指导结构设计并能降低试验成本。
2、需要一种新的编织复合材料的模型构建与仿真方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种编织复合材料的模型构建与仿真方法，用于解决现有技术中实验成本高、测量精度低的技术问题。
2、本专利技术的目的还在于提供一种实现编织复合材料的模型构建与仿真方法的装置。
3、本专利技术的目的还在于提供一种计算机可读存储介质。
4、本专利技术解决其技术问题的技术方案为：
5、一种编织复合材料的模型构建与仿真方法，包括以下步骤：
6、s1：在编织复合材料的微观尺度上分别建立包含纤维、基体、孔隙、界面的纤维束模型与包含孔隙、基体的多孔基体模型，根据现有材料库数据或随试验过程的观测数据对纤维束模型、多孔基体模型赋予材料性能；根据观测结果，赋予细观尺度的结构参数，完成多尺度模型的构建；
7、s2：通过对赋予材料性能后的纤维束模型、多孔基体模型施加从细观模型传递的多物理场载荷并提取响应
8、s3：在编织复合材料的细观尺度上进行均匀化的纤维束、均匀化的多孔基体的性能赋予；将宏观结构的服役工况转为载荷与边界条件施加于细观模型上，计算得多物理场响应作为载荷并向微观模型传递；对热-力学响应完成更新后，得到细观模型的性能退化情况、循环载荷下的疲劳损伤情况，完成渐进失效分析；得到宏观结构在多物理场下的实际响应。
9、进一步地，所述步骤s1中的结构参数包括微观尺度上纤维的直径、长细比、体积分数、分布方式与孔隙的孔径中值、形状、分布方式、孔隙率以及细观尺度上经纱与纬纱的编织密度/束/cm、线密度/tex、编织方式；所述材料性能包括初始的基体相、界面相、纤维相的力学和热学性能。
10、进一步地，所述步骤s2中的多物理场载荷包括应力-应变场载荷、热流载荷、温度载荷。
11、进一步地，所述步骤s2中的高温热物性包括不同温度下的热膨胀系数、热导率、比热容、热扩散率。
12、进一步地，所述步骤s3中的渐进失效分析包括应力分析、失效分析、材料降解三部分。
13、进一步地，所述步骤s3中在编织复合材料的细观尺度上进行均匀化的纤维束、均匀化的多孔基体的性能赋予，具体包括以下步骤：
14、q1：根据abaqus求解器，通过有限元模型获得编织复合材料的应变场，根据网格节点所构建的刚度矩阵，计算编织复合材料的初始应力场；
15、q2：将细观模型计算得经/纬纱和等效基体的初始应力场，分别按照均匀化的纤维束进入步骤q3和均匀化的多孔基体进入步骤q4，进行失效判断与应力更新；
16、q3：根据材料主方向上应力与强度的比值，计算经过加权平均所得的总和，判断损伤变量是否大于1，若是，执行步骤q3.1；若否，执行步骤q5；
17、q3.1: 将均匀化的纤维束按应变值沿线性下降曲线进行刚度退化，通过断裂能数据判断退化后的刚度值是否为零，若是，进行积分点失效、网格删除操作，执行步骤q5；若否，执行步骤q5；
18、q4：判断材料主方向上的应力值是否高于强度值，若是，执行步骤q4.1；若否，执行步骤q5；
19、q4.1：通过韧性断裂的材料本构计算均匀化的多孔基体的延性变形的幅度，判断其幅度是否低于断裂阈值，若是，执行步骤q5；若否，将均匀化的多孔基体断裂，并进行积分点失效、网格删除操作，执行步骤q5；
20、q5：更新编织复合材料的应力场、应变场以及整体刚性矩阵。
21、一种实现编织复合材料的模型构建与仿真方法的装置，包括：
22、微观结构处理模块，用于建立包含纤维、基体、孔隙、界面的纤维束模型与包含孔隙、基体的多孔基体模型，根据现有材料库数据或随试验过程的观测数据对纤维束模型、多孔基体模型赋予结构参数与材料性能；通过对赋予后的纤维束模型、多孔基体模型施加循环温度场、多物理场载荷并提取响应，获得热循环后有关弹塑性本构、高温热物性、断裂能的材料性能退化情况；将纤维束模型、多孔基体模型均匀化为所述材料性能并向细观模型传递；
23、细观结构处理模块，用于均匀化的纤维束、均匀化的多孔基体的性能赋予；将宏观结构服役工况的周期性边界条件、多物理场载荷施加于细观模型上获得细观模型的热-力学响应与性能退化情况、循环载荷下的疲劳损伤情况，完成渐进失效分析；得到宏观结构在多物理场下的实际响应。
24、判断模块，用于判断损伤变量是否大于1；判断退化后的刚度值是否为零；判断材料主方向上的应力值是否高于强度值；判断延性变形的幅度是否低于断裂阈值。
25、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使计算机可读存储介质所在设备执行编织复合材料的模型构建与仿真方法。
26、本专利技术的有益效果为：
27、通过在微观尺度上对纤维束模型、多孔基体模型赋予材料性能，然后施加多物理场载荷并提取热-力学响应；将微观模型均匀化为材料性能并向细观模型传递；在细观尺度上通过结构参数构建编织复合材料模型，进行均匀化的纤维束、均匀化的多孔基体的性能赋予；将宏观结构服役工况的周期性边界条件、多物理场载荷施加于细观模型上获得细观模型的热-力学响应与性能退化情况、循环载荷下的疲劳损伤情况，完成渐进失效分析；得到宏观结构在多物理场下的实际响应。实现低成本、高精度的多尺度与多物理场的数值仿真与性能预测。
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1.一种编织复合材料的模型构建与仿真方法，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的模型构建与仿真方法，其特征在于：所述步骤S1中的结构参数包括微观尺度上纤维的直径、长细比、体积分数、分布方式与孔隙的孔径中值、形状、分布方式、孔隙率以及细观尺度上经纱与纬纱的编织密度/束/cm、线密度/tex、编织方式；所述材料性能包括初始的基体相、界面相、纤维相的力学和热学性能。
3.根据权利要求1所述的编织复合材料的模型构建与仿真方法，其特征在于：所述步骤S2中的多物理场载荷包括应力-应变场载荷、热流载荷、温度载荷。
4.根据权利要求1所述的编织复合材料的模型构建与仿真方法，其特征在于：所述步骤S2中的高温热物性包括不同温度下的热膨胀系数、热导率、比热容、热扩散率。
5.根据权利要求1所述的编织复合材料的模型构建与仿真方法，其特征在于：所述步骤S3中的渐进失效分析包括应力分析、失效分析、材料降解三部分。
6.根据权利要求1所述的编织复合材料的模型构建与仿真方法，其特征在于：所述步骤S3中在编织复合材料的细观尺度
7.一种实现权利要求1-6任一项所述的编织复合材料的模型构建与仿真方法的装置，其特征在于，包括：
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1-6任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种编织复合材料的模型构建与仿真方法，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的模型构建与仿真方法，其特征在于：所述步骤s1中的结构参数包括微观尺度上纤维的直径、长细比、体积分数、分布方式与孔隙的孔径中值、形状、分布方式、孔隙率以及细观尺度上经纱与纬纱的编织密度/束/cm、线密度/tex、编织方式；所述材料性能包括初始的基体相、界面相、纤维相的力学和热学性能。
3.根据权利要求1所述的编织复合材料的模型构建与仿真方法，其特征在于：所述步骤s2中的多物理场载荷包括应力-应变场载荷、热流载荷、温度载荷。
4.根据权利要求1所述的编织复合材料的模型构建与仿真方法，其特征在于：所述步骤s2中的高温热物性包括不同温度下...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶金蕊，刘凯，赵海涛，刘扬，张志俊，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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