CN107330148B - 三维编织复合材料六面体有限元模型自动生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维编织复合材料六面体有限元模型自动生成方法，包括如下步骤：计算纤维束中心编织过程的空间轨迹，得到每条纤维束中心的位置坐标；读取所维束中心点空间轨迹的位置坐标，即读取打紧后的每条纤维束的位置坐标，进行几何创建、方向分组和六面体网格划分。使用本发明，只要求输入几个简单的宏观参数，即可实现复杂几何结构三维编织复合材料的快速建立有限元模型功能。结合几何结构和有限元建模，按纤维束中心方向向量进行分组，方便纤维束横观各向同性材料设置材料主轴方向，考虑了内部区域、表面区域和角部区域纤维束截面的变化，使大尺寸三维编织复合材料建立横观各向异性有限元模型从理论上手动可行到现实中实现。

Description

三维编织复合材料六面体有限元模型自动生成方法

技术领域

本发明属于复合材料加工领域，尤其是三维编织复合材料的仿真方法。

背景技术

为了达到发动机的高推重比、低油耗、低噪声、低维修成本的要求，低密度、高比强度的复合材料在大涵道比涡轮发动机上的使用比例越来越高，应用范围从静止部件到动态部件、非承力部件到承力部件、冷端部件到热端部件的过渡，其中一个典型的应用就是碳纤维复合材料风扇取代钛合金材料风扇。碳纤维复合材料风扇叶片质量轻、耐腐蚀、低噪音、抗疲劳、抗振性能特别是抗颤振性能良好，具有较高的损伤容限能力。同时，复合材料叶片受到外物撞击后，易于碎成几块，在吸收了撞击能量的同时，还降低对风扇机匣和包容环的撞击程度，这使得复合材料叶片在减轻自身重量的同时，还减轻了风扇包容系统、风扇盘以及整个转子系统的重量。根据相关公开报道，SNECMA公司为下一代大型客机和运输机研制的LEAP-X发动机中风扇转子叶片采用了树脂传递模塑(RTM)技术制造的三维编织复合材料。相对于传统层合复合材料，三维编织复合材料具有高度整体化的空间互锁网状结构，可有效避免传统层合复合材料的分层破坏、冲击韧性、损伤容限与抗疲劳特性优异，结构可设计性强，能够实现异形件的净尺寸整体成型，因此在结构材料领域备受关注。

复合材料风扇有利于实现大涵道比，从而可以大幅提高发动机的进气量和发动机推力，但同时也增加了风扇叶片受到飞鸟、冰块、砂石、地面杂物等外来物撞击的概率。根据民航适航规定(CCAR-33R2)和国军标(GJB241-87)相关条款的要求，航空发动机的风扇叶片必须能够抵御鸟、冰、砂石和小金属物的撞击。所以，设计航空发动机风扇叶片时不仅追求质量轻、强度高、可靠高效的运行，而且要求在实际使用环境必须具备抗外物损伤能力。

三维编织复合材料冲击动力学有限元数值模拟方法一般包含宏观方法和细观方法两种尺度。宏观方法是根据三维编织复合材料的结构特点忽略具体结构进行合理的简化后把复合材料假设成横观各向同性连续介质体。优点是建模简单，在一定程度上能反映试验宏观破坏形貌，缺点是对试验过程中纤维束和基体各自损伤机理揭示不够清晰，而且不能进一步考虑复合材料重要损伤之一的界面损伤，一般用于初始材料设计或试验前的评估计算。细观方法是建立与三维编织结构复合材料相同的细观结构几何模型，从而将复合材料中的各组分材料的性能分开研究，纤维束通常使用横观各向同性弹性力学本构，基体采用各向同性本构，纤维束和基体之间采用定义接触或使用界面单元进行连接，选取适合的破坏准则和渐进损伤演化，在严格细观结构意义上计算复合材料冲击破坏过程，揭示复合材料细观结构参数对冲击性质的影响，进而表征复合材料整体的力学性能。具备详细描述纤维束和基体的脱黏、拉伸、压缩、剪切和损伤机理的优点，缺点是由于内部结构的复杂性令几何和有限元建模复杂。

由于三维编织内部结构的复杂性令几何结构和细观有限元建模复杂，再考虑到纤维束横观各向同性的性质要求空间变化的纤维束必须进行方向分组归类以便设置材料主轴方向，所以三维编织细观尺度研究困难重重。1.能制备三维纺织结构复合材料的部门不侧重于该复合材料静态力学性质和具体工程应用；2.力学研究机构不擅长三维纺织结构复合材料制备和细观结构表征。而且，现有的三维编织复合材料细观结构表征流行使用代表性单胞方法简化有限元的规模进行材料的整体刚度预测和局部强度分析工作，由于单胞有限元的使用必须进行周期性循环边界条件的施加以表征材料的整体性能，所以要求单胞边界节点一一对应，从而导致有限元建模过程复杂。再考虑到高速冲击整体响应的数值仿真进行细观整体建模较合理，快速地建立三维编织复合材料细观结构的方法研究的需要越来越迫切。

发明内容

本发明的目的在于，为了解决上述问题，提供一种三维编织复合材料六面体有限元模型自动生成方法。

具体地，本发明的技术方案是：一种三维编织复合材料六面体有限元模型自动生成方法，包括如下步骤：

步骤一：计算纤维束中心编织过程的空间轨迹，得到每条纤维束中心的位置坐标；

S11、读取输入的预制件的三维尺寸，纤维束截面尺寸和编织角，以相应变量存储；

S12、根据预制件的长度尺寸计算得到编织步数；

S13、根据预制件的宽度和厚度以及纤维束截面尺寸，计算出编织机上载纱器的数量和排布，即得到主体纱的行数和列数以及载纱器初始排布矩阵；根据纤维束截面尺寸和编织角，计算得到相邻载纱器之间的间距以及花节高度；

S14、赋予所有编号载纱器的初始位置，然后根据四步法编织纤维束的运动规律从第一步开始循环，直到编织步数满足要求后跳出循环，此过程中，时时记录所有编号载纱器每步运动后新位置坐标值；

S15、整合所有纤维束中心点空间每步运动轨迹的数据，此时得到纤维束中心点空间运动轨迹的坐标是未打紧的；

S16、对纤维束空间中心点运动轨迹的坐标进行打紧处理，并分别以预定的文件格式输出打紧后的每条纤维束中心的位置坐标；

步骤二：读取所维束中心点空间轨迹的位置坐标，即读取打紧后的每条纤维束的位置坐标，进行几何创建、方向分组和六面体网格划分。

根据本发明的一个方面，所述步骤二具体包括如下步骤：

S201、读取一根纤维束中心点空间轨迹数据，存储成一个数组；

S202、根据轨迹数据，顺序每两个轨迹数据点计算纤维束每步方向向量组，并归一化；

S203、根据计算出来的每步单位方向向量，计算纤维束转折点的平分方向向量组；

S204、根据空间轨迹数据数组，依次建立临时节点(Node)集合；

S205、根据Node坐标判断其位置，Node位于内部区域设定纤维束截面半径为R₁，Node位于表面区域设定纤维束截面半径为R₂，Node位于角部区域设定纤维束截面半径为R₃；

S205、根据Node在数组的位置选择空间的方向向量，首尾Node选择归一化的单位方向向量，其他Node选择平分方向向量；

S206、依次根据Node坐标值、方向向量和纤维束截面半径建立圆面集合；

S207、根据圆面集合，依次每两个圆面建立圆柱体，圆柱体穿越三个不同区域时，截面半径发生变化；

S208、依次判断圆柱体的中心方向向量，把中心方向向量相同的圆柱体移动同一个组里；

S209、遍历所有的圆柱体，根据设定的网格大小和形式划分六面体单元；

S210：重复以上S201至S209，循环所有纤维束中心点空间轨迹数据，直至完成。

根据本发明的一个方面，预制件的尺寸、载纱器的数量和排布，以及纤维束横截面半径满足以下关系式：

W_x为预制体沿X方向的宽度；W_y为预制体沿Y方向的宽度；n为载纱器排列的列数；m为载纱器排列的行数；b为纤维束横截面半径。

与现有技术相比，本发明的优势如下：

1.只要求输入几个简单的宏观参数，即可实现复杂几何结构三维编织复合材料的快速建立有限元模型功能。

2.本发明消除了三维纺织结构复合材料细观结构表征障碍，为力学研究者充分发挥自身优势从事三维编织复合材料性能探索搭建了一个平台。

3.结合几何结构和有限元建模，按纤维束中心方向向量进行分组，方便纤维束横观各向同性材料设置材料主轴方向，考虑了内部区域、表面区域和角部区域纤维束截面的变化，使大尺寸三维编织复合材料建立横观各向异性有限元模型从理论上手动可行到现实中实现。

附图说明

图1是四步法编织工艺过程示意图。其中，附图标记1表示编织预制体，2表示编织纱线，3表示载纱器，4表示编织机。

图2a和图2b表示载纱器的运动区域，其中，黑色区域、斜线覆盖的区域和白色区域分别表示角部区域，表面区域和内部区域。

图3是载纱器的运动规律示意图。

图4是载纱器在编织机平面上的投影示意图。

图5a、图5b和图5c分别是内部纤维束、表面纤维束和角部纤维束的空间运动规律示意图。

图6a和图6b是本发明的工作流程图。

图7、图8和图9是本发明纤维束中心点方向向量示意图。

图10是纤维束变截面示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例进一步解决说明本发明的思想和技术细节。为了解决现有技术存在的问题，申请人进行了深入地研究，申请人认为：新材料和结构的应用，首先必须充分研究机理，实现材料的可设计性，再结合工程应用背景，尽可能挖掘材料和结构的潜力，突出材料和结构的优点，满足日益苛刻的实际应用。试验测试是研究材料最直接有效的方式，但是由于成本高、耗时长、设备要求高等因素制约了材料研究进展，而且三维编织复合材料的力学性能与细观几何结构、组分材料性能以及界面特性密切相关，也很难从试验中观测到三维编织复合材料内部复杂的损伤演化过程。随着计算机技术和软件的飞速发展，有限元数值模拟方法可以很好地解决高速冲击这一复杂的非线性问题，不但可以逼真的再现高速冲击的整个过程，获得试验过程中无法获得的侵彻贯穿过程中复合材料内部的损伤演变和各物理量的变化规律，还可以快捷地进行不同的初始条件的数值计算，开展不同试验条件下的高速冲击仿真模拟，极大的节约了时间和试验成本。试验前，结合经验数据和合理假设，有限元数值模拟可以粗略预估试验过程，可作为试验输入数据和方案选择的依据，降低盲目性的风险；试验后，根据试验数据对有限元分析数据和方法进行调整，验证方法和试验的准确性。正是由于有限元数值模拟所具有的这些优势，使得该方法在三维编织复合材料的抗冲击性能研究中受到普遍重视，已成为当今复杂结构材料冲击动力学性能分析的主流方法。建立合理的三维编织复合材料结构模型，是后续采用有限元方法，深入研究三维编织复合材料力学性能的前提和基础。三维编织复合材料冲击动力学有限元数值模拟方法一般包含宏观方法和细观方法两种尺度。

但是，由于三维编织内部结构的复杂性令几何结构和细观有限元建模复杂，再考虑到纤维束横观各向同性的性质要求空间变化的纤维束必须进行方向分组归类以便设置材料主轴方向，所以三维编织细观尺度研究困难重重。

目前研究的基本情况是：1.能制备三维纺织结构复合材料的部门不侧重于该复合材料静态力学性质和具体工程应用；2.力学研究机构不擅长三维纺织结构复合材料制备和细观结构表征。而且，现有的三维编织复合材料细观结构表征流行使用代表性单胞方法简化有限元的规模进行材料的整体刚度预测和局部强度分析工作，由于单胞有限元的使用必须进行周期性循环边界条件的施加以表征材料的整体性能，所以要求单胞边界节点一一对应，从而导致有限元建模过程复杂。再考虑到高速冲击整体响应的数值仿真进行细观整体建模较合理，快速地建立三维编织复合材料细观结构的方法研究的需要越来越迫切。

以下详细描述细观结构分析。在有限元建模准备阶段，层合复合材料、平面机织、二维编织和三维机织等复合材料细观几何结构相对简单，可以用五个基本初等函数显式表达。而空间交织复杂的三维多向编织复合材料，通常只能通过编程迭代的方法获得纤维束中心点的运动轨迹后导入相应CAD软件处理后得到几何结构，最后再导入相应CAE软件进行网格划分。四步法1×1典型编织过程见图1，循环此过程加上必要的“打紧”工序，逐渐编织成所需的预制体。四步法编织工艺中，所有的纤维束都参与编织，且全部编织纱都在空间三个方向内发生相对运动。在一个机器循环中，载纱器运动四步，每步运动相邻位置。在第一步和第二步中所有行和列的载纱器按照箭头所指的方向移动，第三步和第四步载纱器移动方向与第一步和第二步相反。在第四步结束时完成了一个机器循环，虽然载纱器改变了它们的位置，即同一位置上载纱器的编号已经发生变化，但是载纱器构形形状与初始状态时相同。因为编织过程中每步中所有的行或列走了相等的距离，因此这种编织方式被称为1×1四步编织工艺。

在一个机器循环中获得预制件长度定义为编织花节高度h，重复这个运动就可得到所需要的织物长度。

四步法1×1编织工艺的纤维束排列包括内部和外部两部分，内部为[m×n]形式排列的纤维束决定了预制体的最终形状，总纤维束数目N_F为：

N_F=mn+m+n=(m+1)(n+1)-1 (1)

式中：m，n分别为主体纱的行数和列数。

载纱器所有编号回到初始状态即图1(b)需要的机器循环总步数为：

S＝4(mn+m+n)/g (2)

式中：g为m和n的最大公约数。

根据公式(1)和(2)，图1所示编织纤维束初始排列[6×6]形式包含48根纤维束，载纱器所有编号回到初始状态需要的机器循环总步数为32步。

每个载纱器携带并牵引着一束纤维束在机器底盘上做周期性的交错四步运动。在连续的编织过程中，每个载纱器沿着固定的折线轨道，穿越内部，遍历所有边界。由于载纱器在内部、表面和角部区域(三个区域示意图见图2a和图2b)的运动轨迹具有不同的规律，从而导致三个区域的纤维束具有不同的截面。下面描述所有纤维束中心点运动轨迹平面投影规律并从三个区域中各选一根典型纤维束中心点空间运动轨迹进行详细的分析。

一、纤维束在编织机平面(XY平面)运动规律

对于内部区域纤维束运动，以图1中63号载纱器为例，该载纱器沿着“Z”型运动，五步运动后到达46号载纱器的位置。载纱器对纤维束的运动起到了导向作用，其位置点对纤维束的控制是相对暂时的，纤维束沿载纱器的运动趋势方向运动。纤维束经过“打紧”后，空间的纤维束在编织机平面上的投影则沿着AB方向。采用最小二乘法对载纱器“打紧”行为拟合，纤维束在编织机平面上的投影经过相邻载纱器的中点，即AB直线经过相邻载纱器的中点。

对于表面区域纤维束运动，以图1中23号载纱器为例，经过五步之后，到达25号载纱器的位置。纤维束从内部区域到表面区域，然后再返回内部区域，其中一步只有Z方向的位置变化。“打紧”后纤维束在编织机平面上的投影为CDE折线。

对于角部区域纤维束运动，以图1中26号载纱器为例，经过八步之后，到达37号载纱器位置。经过分析发现，纤维束从内部区域进入角区域，然后从角区域返回内部区域，会在组成角部的两个表面各有一步只有Z方向的位置变化。“打紧”后纤维束在编织机平面上的投影为FGHI双折线段。

由以上分析的纤维束运动轨迹可知，纤维束在内部区域运动形式完全相同，经过表面区域和角部区域时也十分类似。同样是在预制体的四个表面上出现折线加竖直线的运动形式，角部区域时以连续两个折线加竖直线的运动形式出现，而过表面区域时呈现一个折线加竖直线的运动形式。纤维束经过“打紧”工序后，内部区域纤维束为直线形式，表面区域和角部区域都为折线形式。所有纤维束在编织机平面上投影如图4所示。理想状态下，“打紧”后纤维束投影与X轴、Y轴的夹角λ均为45°。

二、纤维束在空间运动规律

根据纤维束在面内运动规律分析可知，在不同区域纤维束运动规律各不相同，但纤维束在空间每移动一步，在编织方向(即Z轴)增加1/4花节高度。

内部纤维束中心点空间运动规律以63号载纱器为例(见图5a)，载纱器以“Z”形运动，其五步运动后到达63’的位置。经“打紧”工序后，“Z”形运动轨迹变成空间直线AB，直线AB与Z轴夹角设为γ，称为内部纤维束编织角。

对于表面纤维束在空间运动规律，以23号载纱器为例(见图5b)，其五步运动后到达23’的位置。其中，纤维束在第三步只有Z方向的位置变化，导致表面编织纤维束的空间构型与内部纤维束的空间构型不同。“打紧”后表面纤维束中心点的轨迹应该是空间曲线，但是为了简化，将其分为CD和DE两段直线，并与其他区域纤维束自然过渡。直线段DE与Z轴夹角设为θ，称为表面纤维束编织角。

以26号载纱器为例(见图5c)说明角部区域纤维束在空间走向，其八步运动后到达26’的位置。角部纤维束在第三步和第六步只有Z方向的位置变化，导致角部纤维束的空间构型与内部纤维束、表面纤维束的空间构形均不相同。角部编织纤维束“打紧”后亦是空间曲线，为了简化，将其分为FG、GH和HI三段，并与其他区域自然过渡。直线段HI与Z轴夹角设为β，称为角部纤维束编织角。

本方法分为两个主要步骤：计算纤维束中心点编织过程的空间轨迹；读取纤维束中心点空间轨迹坐标，之后自动进行几何创建、方向分组和六面体网格划分。

首先简单介绍三维编织材料的宏细结构基本参数和彼此之间的联系。

预制体宏观尺寸和载纱器排列参数及纤维束横截面半径的关系为：

式中：W_x为预制体沿X方向的宽度；W_y为预制体沿Y方向的宽度；n为载纱器排列的列数；m为载纱器排列的行数；b为纤维束横截面半径。

此外，程序内部，相邻载纱器之间的间距d、花节高度h、循环步长N、预制体宏观长度W_z及编织角α、内部编织角γ、表面编织角θ和角部编织角β的关系为：

步骤一具体包括如下几步：

第一步：读取输入的预制件的三维尺寸，纤维束的截面尺寸和编织角，以相应变量存储；

第二步：根据预制件的长度尺寸(编织方向的尺寸)计算得到编织步数N；

第三步：根据预制件的宽度和厚度以及纤维束截面尺寸，计算出编织机上载纱器的数量和排布，即得到主体纱的行数m和列数n以及载纱器初始排布矩阵；根据纤维束截面尺寸和编织角，计算得到相邻载纱器之间的间距d以及花节高度h；

第四步：可参考图1所示，赋予所有编号载纱器的初始位置，然后根据四步法编织纤维束的运动规律从第一步开始循环，直到编织步数N满足后跳出循环，此过程时时记录所有编号载纱器每步运动后新位置坐标值；

第五步：整合所有纤维束中心点空间每步运动轨迹的数据，此时得到纤维束中心点空间运动轨迹的坐标是“未打紧”的；

第六步：根据图4-图5中描述的纤维束三个不同部位“打紧”处理方式，对纤维束空间中心点运动轨迹的坐标进行“打紧”处理，并分别以dat的文件格式输出“打紧”后的每条纤维束的位置坐标。

步骤二主要包括以下几个步骤：

第一步：读取一根纤维束中心点空间轨迹数据，存储成一个数组；

第二步：根据轨迹数据，顺序每两个轨迹数据点计算纤维束每步方向向量组，并归一化；

第三步：根据第二步计算出来的每步单位方向向量，计算纤维束转折点的平分方向向量组；

第四步：根据空间轨迹数据数组，依次建立临时Node集合；

第五步：根据节点(Node)坐标判断其位置，Node位于内部区域设定纤维束截面半径为R₁，Node位于表面区域设定纤维束截面半径为R₂，Node位于角部区域设定纤维束截面半径为R₃；

第六步：根据Node在数组的位置选择空间的方向向量，首尾Node选择归一化的单位方向向量，其他Node选择平分方向向量；

第七步：依次根据Node坐标值、方向向量和纤维束截面半径建立圆面集合；

第八步：根据圆面集合，依次每两个圆面建立圆柱体，圆柱体穿越三个不同区域时，截面半径发生变化；

第九步：依次判断圆柱体的中心方向向量，把中心方向向量相同的圆柱体移动同一个组里；

第十步：遍历所有的圆柱体，根据设定的网格大小和形式划分六面体单元；

第十一步：重复以上第一步——第十步，循环所有纤维束中心点空间轨迹数据，直至完成。

如图7至图9所示，纤维束转向处采用平分的方法，可以最大程度体现纱线方向性对整体性能的影响。具体实现是，首先计算出每步的纱线的单位方向向量，然后，除首尾外，相邻两个单位方向向量相加可以得到两个相邻体的平分面的法向量，再结合转向处的节点，可以定出平分面。通过平分面将整条纤维束分成若干纤维束段，再根据纤维束段的中心方向向量对对纤维束段进行分组，以便设置横观各向同性材料的主轴方向。

结合图10所示的纤维束变截面示意图描述本发明的另一要点，由于内部区域、表面区域和角部区域的纤维束方向变化程度不同，角部区域纤维束方向变化最为剧烈，为了避免有限元网格的相互侵入而导致不能进行计算，所以采用纤维束截面变化的方式处理。假设一个纤维束编织过程中由表面区域进入内部区域，再进入角部区域，则纤维束截面半径由R₂过渡到R₁再变成R₃。

在某个工况下，以编织角20°，250×25×4mm规格的三维编织复合材料静态力学拉伸试验件为例测试软件，初始载纱器排列为[4×155]，纤维束总数N_f＝(4+1)(25+1)-1＝129根，循环步数N＝157步，每一根纤维束迭代一步单独建立一个圆柱体，共包含圆柱体个数129×157＝20,253个，软件运行约3小时，最终获得有限元模型。

总之，针对现有技术存在的上述问题，本发明通过迭代计算三维编织过程纤维束中心点的运动轨迹数据和设计界面，之后读取纤维束中心点的运动轨迹数据在Hypermesh环境中自动进行几何创建、方向分组、网格划分和动画仿真。本软件仅需给出几个简单参数，即：编织角、纤维束的截面尺寸、编织体的三维尺寸，即可快速建立复杂的三维编织复合材料的有限元细观模型，其中纤维束全采用六面体划分，并根据纤维束的走向进行了分组，方便横观各向同性材料设置材料主轴方向。本软件使三维编织复合材料有限元模型的时间从几周、几个月急剧缩短为几个小时，配合界面使用后，不要求使用者深入研究三维编织内部结构，仅仅需要输入几个宏观参数即可得到有限元模型。

本发明具有的优势包括：软件输入界面简洁，只要求使用者输入几个简单的宏观参数，即可实现复杂几何结构三维编织复合材料的快速建立有限元模型功能。软件消除了三维纺织结构复合材料细观结构表征障碍，为力学研究者充分发挥自身优势从事三维编织复合材料性能探索搭建了一个平台。软件结合几何结构和有限元建模，按纤维束中心方向向量进行分组，方便纤维束横观各向同性材料设置材料主轴方向，考虑了内部区域、表面区域和角部区域纤维束截面的变化，使大尺寸三维编织复合材料建立横观各向异性有限元模型从理论上手动可行到现实中实现。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (2)

1.一种三维编织复合材料六面体有限元模型自动生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：计算纤维束中心编织过程的空间轨迹，得到每条纤维束中心的位置坐标；

S101、读取预制件的三维尺寸，纤维束截面尺寸和编织角，以相应变量存储；

S102、根据预制件的长度尺寸计算得到编织步数；

S103、根据预制件的宽度和厚度以及纤维束截面尺寸，计算出编织机上载纱器的数量和排布，即得到主体纱的行数和列数以及载纱器初始排布矩阵；根据纤维束截面尺寸和编织角，计算得到相邻载纱器之间的间距以及花节高度；

S104、赋予所有编号载纱器的初始位置，然后根据四步法编织纤维束的运动规律从第一步开始循环，直到编织步数满足要求后跳出循环，此过程中，时时记录所有编号载纱器每步运动后新位置坐标值；

S105、整合所有纤维束中心点空间每步运动轨迹的数据，此时得到纤维束中心点空间运动轨迹的坐标是未打紧的；

S106、对纤维束空间中心点运动轨迹的坐标进行打紧处理，并分别以预定的文件格式输出打紧后的每条纤维束中心的位置坐标；

步骤二：读取纤维束中心点空间轨迹的位置坐标，即读取打紧后的每条纤维束的位置坐标，进行几何创建、方向分组和六面体网格划分；

S201、读取一根纤维束中心点空间轨迹数据，存储成一个数组；

S202、根据轨迹数据，顺序每两个轨迹数据点计算纤维束每步方向向量组，并归一化；

S203、根据计算出来的每步单位方向向量，计算纤维束转折点的平分方向向量组；

S204、根据空间轨迹数据数组，依次建立临时节点Node集合；

S205、根据Node坐标判断其位置，Node位于内部区域设定纤维束截面半径为R₁，Node位于表面区域设定纤维束截面半径为R₂，Node位于角部区域设定纤维束截面半径为R₃；

S205、根据Node在数组的位置选择空间的方向向量，首尾Node选择归一化的单位方向向量，其他Node选择平分方向向量；

S206、依次根据Node坐标值、方向向量和纤维束截面半径建立圆面集合；

S207、根据圆面集合，依次每两个圆面建立圆柱体，圆柱体穿越三个不同区域时，截面半径发生变化；

S208、依次判断圆柱体的中心方向向量，把中心方向向量相同的圆柱体移动同一个组里；

S209、遍历所有的圆柱体，根据设定的网格大小和形式划分六面体单元；

S210：重复以上S201至S209，循环所有纤维束中心点空间轨迹数据，直至完成。

2.如权利要求1所述的三维编织复合材料六面体有限元模型自动生成方法，其特征在于，预制件的尺寸、载纱器的数量和排布，以及纤维束横截面半径满足以下关系式：

W_x为预制体沿X方向的宽度；W_y为预制体沿Y方向的宽度；n为载纱器排列的列数；m为载纱器排列的行数；b为纤维束横截面半径。

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