CN106383962B - 一种热压成型平面编织复合材料的残余热应力估算方法 - Google Patents
一种热压成型平面编织复合材料的残余热应力估算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种热压成型平面编织复合材料的残余热应力估算方法。首先，输入组分材料的基本力学性能和体积含量，同时，输入平面编织布胞体单元的几何尺寸；采用细观力学分析方法，计算平面编织单层板的经向和纬向弹性模量；然后，考虑平面编织单层板的编织布与基体之间的热变形，计算平面编织单层板的经向和纬向热膨胀系数；最后，考虑平面编织层合板的编织层与基体层之间的热变形，计算平面编织复合材料层合板的经向和纬向残余热应力。本发明仅需要少量的组分材料性能以及平面编织形状尺寸参数，就能简便、合理地估算平面编织复合材料层合板的残余热应力，具有重要学术意义和工程应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种热压成型平面编织复合材料的残余热应力估算方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
树脂基复合材料在热压成型过程中，由于基体和纤维的热膨胀系数不同，会导致成型后复合材料残余热应力的出现，残余热应力的存在会对复合材料的力学性能产生显著影响，基体中的残余拉应力和纤维中的残余压应力会导致承受拉伸载荷作用的复合材料提前进入屈服状态，降低复合材料抗拉强度。多年来，人们通过实验、数值模拟和解析法对复合材料残余热应力问题进行了深入研究，通过实验手段直接测量平面编织复合材料残余热应力成本较高，且测试过程中易受到很多偶然因素的影响，测量精度很差；有限元数值模拟方法需要建立复杂的有限元模型，建模复杂，计算量大，效率低，且计算精度难以保证，因此，本发明运用细观力学分析方法，建立平面编织复合材料层合板残余热应力的解析解，仅需要少量的组分材料性能以及平面编织形状尺寸参数，就能简便、合理地估算平面编织复合材料层合板的残余热应力，因此，本发明具有重要学术意义和工程应用价值。
发明内容
1、目的：本发明的目的是提供一种热压成型平面编织复合材料的残余热应力估算方法，可简便而合理地估算热压成型平面编织复合材料层合板的宏观残余热应力。
2、技术方案：本发明提供一种热压成型平面编织复合材料的残余热应力估算方法，该方法具体步骤如下：
步骤一、输入组分材料(即基体和纤维)的基本力学性能：弹性模量E1和E2、泊松比μ1和μ2、热膨胀系数β1和β2、单层板的基体体积含量V1，其中下标1表示基体，下标2表示纤维。
步骤二、输入平面编织布胞体单元(见图1)的几何尺寸：经向和纬向纤维束的波长D1和D2、截面积S1和S2、经向和纬向纤维束的间距b1和b2。
步骤三、根据细观力学分析方法，由步骤一的基本力学性能和步骤二的几何尺寸，分别计算平面编织单层板的经向和纬向弹性模量EL和ET。
式中，Q1和Q2为与胞体单元尺寸有关的中间变量。
步骤四、考虑平面编织单层板的编织布与基体之间的热变形，分别计算平面编织单层板的经向和纬向热膨胀系数βL和βT。
步骤五、考虑平面编织层合板的编织层与基体层之间的热变形，分别计算平面编织复合材料层合板的经向和纬向残余热应力qL和qT。
式中，ΔT为平面编织复合材料热压成型过程中的温度变化量。
3、优点及功效：本发明是一种热压成型平面编织复合材料的残余热应力估算方法，其特点是仅需要少量的组分材料性能以及平面编织形状尺寸参数，就能简便、合理地估算平面编织复合材料层合板的残余热应力，具有简便、实用等优点。
附图说明
图1为平面编织布胞体单元示意图。
图2为本发明流程框图。
图中符号说明如下：
图1中的D1和D2分别为经向和纬向纤维束的波长，b1和b2分别为经向和纬向纤维束的间距。
具体实施方式
图1为本发明所述方法的流程框图，具体实施方式如下：
步骤一、输入组分材料(即基体和纤维)的基本力学性能：弹性模量E1和E2、泊松比μ1和μ2、热膨胀系数β1和β2、单层板的基体体积含量V1，其中下标1表示基体，下标2表示纤维。
步骤二、输入平面编织布胞体单元(见图1)的几何尺寸：经向和纬向纤维束的波长D1和D2、截面积S1和S2、经向和纬向纤维束的间距b1和b2。
步骤三、根据细观力学分析方法，由步骤一的基本力学性能和步骤二的几何尺寸，分别计算平面编织单层板的经向和纬向弹性模量EL和ET。
式中，Q1和Q2为与胞体单元尺寸有关的中间变量。
步骤四、考虑平面编织单层板的编织布与基体之间的热变形，分别计算平面编织单层板的经向和纬向热膨胀系数βL和βT。
步骤五、考虑平面编织层合板的编织层与基体层之间的热变形，分别计算平面编织复合材料层合板的经向和纬向残余热应力qL和qT。
式中，ΔT为平面编织复合材料热压成型过程中的温度变化量。
Claims (1)
1.一种热压成型平面编织复合材料的残余热应力估算方法，该方法具体步骤如下：
步骤一、输入基体和纤维的基本力学性能：弹性模量E1和E2、泊松比μ1和μ2、热膨胀系数β1和β2、单层板的基体体积含量V1，其中下标1表示基体，下标2表示纤维；
步骤二、输入平面编织布胞体单元的几何尺寸：经向和纬向纤维束的波长D1和D2、截面积S1和S2、经向和纬向纤维束的间距b1和b2；
步骤三、根据细观力学分析方法，由步骤一的基本力学性能和步骤二的几何尺寸，分别计算平面编织单层板的经向和纬向弹性模量EL和ET；
式中，Q1和Q2为与胞体单元尺寸有关的中间变量；
步骤四、考虑平面编织单层板的编织布与基体之间的热变形，分别计算平面编织单层板的经向和纬向热膨胀系数βL和βT；
步骤五、考虑平面编织层合板的编织层与基体层之间的热变形，分别计算平面编织复合材料层合板的经向和纬向残余热应力qL和qT；
式中，ΔT为平面编织复合材料热压成型过程中的温度变化量。
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