CN116663374A - 针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法及装置 - Google Patents
针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116663374A CN116663374A CN202310934202.2A CN202310934202A CN116663374A CN 116663374 A CN116663374 A CN 116663374A CN 202310934202 A CN202310934202 A CN 202310934202A CN 116663374 A CN116663374 A CN 116663374A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- needled
- porous nanocomposite
- model
- porous
- curing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 124
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 113
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000005511 kinetic theory Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000001723 curing Methods 0.000 claims description 60
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 47
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 37
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 31
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 11
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 9
- 238000012412 chemical coupling Methods 0.000 claims description 7
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 3
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 3
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 7
- 102100021503 ATP-binding cassette sub-family B member 6 Human genes 0.000 description 4
- 101100000375 Homo sapiens ABCB6 gene Proteins 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
- G16C60/00—Computational materials science, i.e. ICT specially adapted for investigating the physical or chemical properties of materials or phenomena associated with their design, synthesis, processing, characterisation or utilisation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2113/00—Details relating to the application field
- G06F2113/26—Composites
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法及装置。首先获取对实际针刺多孔纳米复合材料经显微观测方法得到的实际建模参数；将实际建模参数分别输入到预先构建的针刺多孔纳米复合材料中不同区域细观模型，得到代表性体积单元模型的等效力学参数；将等效力学参数输入到预先构建的固化反应理论模型，得到针刺多孔纳米复合材料的固化变形；在针刺多孔纳米复合材料的固化变形的基础上，将等效力学参数输入到预先构建的传热传质动力学理论模型，得到针刺多孔纳米复合材料最终的结构变形。因此，上述技术方案通过使用数值模拟分析的方式能有效预测针刺多孔纳米复合材料的结构变形。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法及装置。
背景技术
针刺复合材料的成型工艺过程通常为首先将树脂低压缓慢注入装有针刺复合材料纤维预制体的模具中，排除所有空气后密封，最后将封闭模具置于固化温度环境下进行加热固化，该过程主要为“溶胶-聚集-凝胶-固化”的过程。
相关技术提出的针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法大多只考虑固化过程对于针刺多孔纳米复合材料的结构变形影响，因此相关技术提供的方案并不能有效预测针刺多孔纳米复合材料的结构变形。
因此，目前亟需提供一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法及装置来解决上述技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法及装置，能够有效预测针刺多孔纳米复合材料的结构变形。
第一方面，本发明实施例提供了一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法，包括：
获取对实际针刺多孔纳米复合材料经显微观测方法得到的实际建模参数；
将实际建模参数分别输入到预先构建的针刺多孔纳米复合材料中不同区域细观模型，得到代表性体积单元模型的等效力学参数；
将等效力学参数输入到预先构建的固化反应理论模型，得到针刺多孔纳米复合材料的固化变形；
在针刺多孔纳米复合材料的固化变形的基础上，将等效力学参数输入到预先构建的传热传质动力学理论模型，得到针刺多孔纳米复合材料最终的结构变形。
第二方面，本发明实施例还提供了一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测装置，包括：
获取模块，用于获取对实际针刺多孔纳米复合材料经显微观测方法得到的实际建模参数；
构建模块，用于将实际建模参数分别输入到预先构建的针刺多孔纳米复合材料中不同区域细观模型，得到代表性体积单元模型的等效力学参数；
输入模块，用于将等效力学参数输入到预先构建的固化反应理论模型，得到针刺多孔纳米复合材料的固化变形；
输出模块，用于在针刺多孔纳米复合材料的固化变形的基础上，将等效力学参数输入到预先构建的传热传质动力学理论模型，得到针刺多孔纳米复合材料最终的结构变形。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现本说明书任一实施例的方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例的方法。
本发明实施例提供了一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法、装置、电子设备及存储介质，首先获取对实际针刺多孔纳米复合材料经显微观测方法得到的实际建模参数；然后将实际建模参数分别输入到预先构建的针刺多孔纳米复合材料中不同区域细观模型，得到代表性体积单元模型的等效力学参数；再将等效力学参数输入到预先构建的固化反应理论模型，得到针刺多孔纳米复合材料的固化变形；最后在针刺多孔纳米复合材料的固化变形的基础上，将等效力学参数输入到预先构建的传热传质动力学理论模型，得到针刺多孔纳米复合材料最终的结构变形。上述技术方案同时考虑了固化过程和干燥过程溶剂挥发对针刺多孔纳米复合材料的结构变形的影响，因此能有效预测针刺多孔纳米复合材料的结构变形，解决了现有针刺多孔纳米复合材料的结构变形的预测方法大多只考虑固化过程对于针刺多孔纳米复合材料的结构变形影响，不能有效预测针刺多孔纳米复合材料的结构变形的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法流程图；
图2是本发明一实施例提供的一种电子设备的硬件架构图；
图3是本发明一实施例提供的一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测装置的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，本发明实施例提供了一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法，该方法包括：
步骤100、获取对实际针刺多孔纳米复合材料经显微观测方法得到的实际建模参数；
步骤102、将实际建模参数分别输入到预先构建的针刺多孔纳米复合材料中不同区域细观模型，得到代表性体积单元模型的等效力学参数；
步骤104、将等效力学参数输入到预先构建的固化反应理论模型，得到针刺多孔纳米复合材料的固化变形；
步骤106、在针刺多孔纳米复合材料的固化变形的基础上，将等效力学参数输入到预先构建的传热传质动力学理论模型，得到针刺多孔纳米复合材料最终的结构变形。
在本实施例中，首先获取对实际针刺多孔纳米复合材料经显微观测方法得到的实际建模参数；然后将实际建模参数分别输入到预先构建的针刺多孔纳米复合材料中不同区域细观模型，得到代表性体积单元模型的等效力学参数；再将等效力学参数输入到预先构建的固化反应理论模型，得到针刺多孔纳米复合材料的固化变形；最后在针刺多孔纳米复合材料的固化变形的基础上，将等效力学参数输入到预先构建的传热传质动力学理论模型，得到针刺多孔纳米复合材料最终的结构变形。上述技术方案同时考虑了固化过程和干燥过程溶剂挥发对针刺多孔纳米复合材料的结构变形的影响，因此能有效预测针刺多孔纳米复合材料的结构变形，解决了现有针刺多孔纳米复合材料的结构变形的预测方法大多只考虑固化过程对于针刺多孔纳米复合材料的结构变形影响，不能有效预测针刺多孔纳米复合材料的结构变形的问题。
下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。
针对步骤100：
针刺多孔纳米复合材料的模型由实际情况下的结构形式确定，本发明实施例可以运用光学显微镜对不同工艺参数下针刺多孔纳米复合材料进行显微观测，表征针刺多孔纳米复合材料的无纬布纤维具体的几何路径，针刺区域的纤维含量变化及纤维偏移情况，针刺孔洞的大小及形状等特征。
在对针刺多孔纳米复合材料进行纤显微观测过程中，发明人发现：针刺多孔纳米复合材料的纤维构造存在一定的不确定性，由于纤维铺层之间的相互挤压，不同位置无纬布和网胎层的厚度存在一定的差别，而且各针刺部位无纬布纤维偏转的几何路径并不完全一致。因此，需要通过对大量观测图像的统计分析来获取实际建模参数，为后续获得代表性体积单元模型的等效力学参数做准备。
在本发明一个实施例中，实际建模参数包括基体材料、纤维材料、纤维含量、基体含量、纤维角度、纤维走向、针刺孔洞的大小和形状，在此对实际建模参数不进行限定。
针对步骤102：
在本发明一个实施例中，不同区域包括非针刺区域、单独针刺区域、表面针刺区域和重复针刺区域，在此对不同区域不进行限定。
具体而言，非针刺区域细观模型包括无纬布层单向纤维微观模型和网胎层短切纤维微观模型；单独针刺区域细观模型包括无纬布层单向纤维微观模型、网胎层短切纤维微观模型和单向纤维刺针微观模型；表面针刺区域细观模型包括无纬布层单向纤维微观模型、网胎层短切纤维微观模型、单向纤维刺针微观模型和基体材料微观模型；重复针刺区域细观模型包括无纬布层单向纤维微观模型、网胎层短切纤维微观模型和单向纤维刺针微观模型；无纬布层单向纤维微观模型、网胎层短切纤维微观模型和单向纤维刺针微观模型均包括基体材料微观模型和纤维材料微观模型。其中，无纬布为单向纤维材料，刺针及重复针刺区域可视为单向纤维材料，且各区域纤维含量大小关系为重复针刺区纤维含量＞刺针纤维含量＞无纬布纤维含量。
在本实施例中，通过将显微观测得到的实际建模参数分别输入到预先构建的针刺多孔纳米复合材料中不同区域细观模型，得到代表性体积单元模型的等效力学参数，以便后续将等效力学参数输入固化反应理论模型中，得到针刺多孔纳米复合材料的固化变形。同时，针刺多孔纳米复合材料的固化变形的基础上将等效力学参数输入传热传质动力学理论模型中，得到针刺多孔纳米复合材料最终的结构变形。
需要说明的是，实现针刺多孔纳米复合材料宏观结构成型过程结构变形预测的等效力学参数来源于非针刺区域细观模型、单独针刺区域细观模型、重复针刺区域细观模型和表面针刺区域细观模型的等效力学参数；而非针刺区域细观模型、单独针刺区域细观模型、重复针刺区域细观模型和表面针刺区域细观模型的等效力学参数来源于网胎层短切纤维微观模型、无纬布层单向纤维微观模型、单向纤维刺针微观模型的等效力学参数。
在本发明一个实施例中，等效力学参数包括热膨胀系数、泊松比、弹性模量、密度、放热收缩量和固化度，在此对等效力学参数不进行限定。可以知道的是，上述等效力学参数均可以通过ABAQUS软件仿真计算得到。
针对步骤104：
将代表性体积单元模型的等效力学参数输入预先构建的固化反应理论模型，运用ABAQUS有限元分析软件完成针刺多孔纳米复合材料固化过程的变形分析，输出固化变形云图，可有效地预测针刺多孔纳米复合材料固化过程对针刺多孔纳米复合材料的结构变形的影响。
在本发明一个实施例中，为了更好的模拟针刺多孔纳米复合材料的固化过程对于针刺多孔纳米复合材料的结构变形影响，固化反应理论模型包括热-化学耦合分析模型、固化收缩分析模型、热应变分析模型和粘弹性本构模型，具体而言：
热-化学耦合分析模型为：
，
式中，为针刺多孔纳米复合材料的密度，/>为针刺多孔纳米复合材料的比热容，T为固化过程中的材料温度，k x 、k y 、k z 分别为针刺多孔纳米复合材料沿x、y、z方向的导热系数，Φ为内热源放热量；
在针刺多孔纳米复合材料中，发生化学反应的主要是基体材料，基体材料的化学收缩应变ε m c 可以通过固化度计算，因此固化收缩分析模型可以为：
，
式中，ε m c 为基体材料的化学收缩应变，基体材料的总固化收缩量一般由实验测定，取值为2~5%，为固化度，β为基体材料的总固化收缩量，n为级数，n可以为1、2、3；
热应变分析模型为：
，
式中，为针刺多孔纳米复合材料的热应变，/>为针刺多孔纳米复合材料的热膨胀系数，T为温度，t为时间，τ为松弛时间；
粘弹性本构模型为：
式中，为应力分量，/>为刚度矩阵，/>为固化度，T为固化过程中的材料温度，t为时间，τ为松弛时间，/>为总应变量，/>为热应变分量，/>为化学应变分量。
本实施例中，将热-化学耦合分析模型、固化收缩分析模型、热应变分析模型和粘弹性本构模型依次写入ABAQUS软件中的UMAT子程序中，得到固化反应理论模型，以便后续将代表性体积单元模型的等效力学参数输入固化反应理论模型中，得到针刺多孔纳米复合材料的固化变形。
热固性复合材料在固化过程中，一般需要经历粘流态-橡胶态-玻璃态的变化过程。在这个过程中，复合材料会表现出显著的粘弹性特性，即当复合材料呈现热-流变性时，粘弹性本构模型为：
式中，为缩减时间ξ时刻的刚度矩阵，/>为完全松弛刚度矩阵，/>为预设的固化度，/>为初始刚度矩阵，W m 为第m支Maxwell单元的权重系数，/>为缩减时间增量，/>为第m支Maxwell单元离散应力松弛时间。
针对步骤106：
与普通针刺复合材料不同，针刺多孔纳米复合材料的成型过程中除了固化过程，还包括干燥过程；在干燥过程中，液相的有机溶剂逐步被替换为气相，形成了纳米多孔结构。因此，为了更好的预测针刺多孔纳米复合材料成型过程中的结构变形，在针刺多孔纳米复合材料固化变形的基础上，将代表性体积单元模型的等效力学参数输入到传热传质动力学理论模型，再次运用ABAQUS有限元分析软件进行针刺多孔纳米复合材料干燥过程中的有限元分析得到针刺多孔纳米复合材料最终的结构变形。
本实施例中，在包括有固化反应理论模型的UMAT子程序中写入传热传质动力学理论模型，得到包括固化反应理论模型和传热传质动力学理论模型的UMAT子程序，以便后续在分析干燥过程中溶剂挥发对于针刺多孔纳米复合材料的结构变形影响时进行调用。
在本发明一个实施例中，传热传质动力学理论模型为：
式中，λ为导热系数，ρ s 为固相密度，c为微元体的折合比热容，p c 为气体压力，T为固化过程中的材料温度，λ ql 为液相质导热系数，λ qg 为气相质导热系数，c T 为温度T下基体热解程度系数，h fg 为液相的气化潜热，K s 为固相渗透传质系数，M为质量。
综上所述，本发明实施例通过显微观测的方式得到实际建模参数，构建的针刺多孔纳米复合材料中不同区域细观模型，得到代表性体积单元模型等效力学参数；并从针刺多孔纳米复合材料的成型过程出发，通过构建固化反应理论模型和传热传质动力学理论模型，综合考虑针刺多孔纳米复合材料固化反应过程和干燥过程溶剂挥发对针刺多孔纳米复合材料的结构变形影响，能有效预测针刺多孔纳米复合材料的成型过程的结构变形。
如图2、图3所示，本发明实施例提供了一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图2所示，为本发明实施例提供的一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测装置所在电子设备的一种硬件架构图，除了图2所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的电子设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图3所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在电子设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序读取到内存中运行形成的。
如图3所示，本发明提供的一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测装置，包括：
获取模块300，用于获取对实际针刺多孔纳米复合材料经显微观测方法得到的实际建模参数；
构建模块302，用于将所述实际建模参数分别输入到预先构建的针刺多孔纳米复合材料中不同区域细观模型，得到代表性体积单元模型的等效力学参数；
输入模块304，用于将所述等效力学参数输入到预先构建的固化反应理论模型，得到所述针刺多孔纳米复合材料的固化变形；
输出模块306，用于在所述针刺多孔纳米复合材料的固化变形的基础上，将所述等效力学参数输入到预先构建的传热传质动力学理论模型，得到所述针刺多孔纳米复合材料最终的结构变形。
在本说明书实施例中，获取模块300可用于执行上述方法实施例中的步骤100，构建模块302可用于执行上述方法实施例中的步骤102，输入模块304可用于执行上述方法实施例中的步骤104，输出模块306可用于执行上述方法实施例中的步骤106。
在本发明一个实施例中，所述实际建模参数包括基体材料、纤维材料、纤维含量、基体含量、纤维角度、纤维走向、针刺孔洞的大小和形状。
在本发明一个实施例中，所述不同区域包括非针刺区域、单独针刺区域、表面针刺区域和重复针刺区域。
在本发明一个实施例中，所述等效力学参数包括热膨胀系数、泊松比、弹性模量、密度、放热收缩量和固化度。
在本发明一个实施例中，所述固化反应理论模型包括热-化学耦合分析模型、固化收缩分析模型、热应变分析模型和粘弹性本构模型，其中：
所述热-化学耦合分析模型为：
，
式中，为针刺多孔纳米复合材料的密度，/>为针刺多孔纳米复合材料的比热容，T为固化过程中的材料温度，k x 、k y 、k z 分别为针刺多孔纳米复合材料沿x、y、z方向的导热系数，Φ为内热源放热量；
所述固化收缩分析模型为：
，
式中，ε m c 为基体材料的化学收缩应变，为固化度，β为基体材料的总固化收缩量，n为级数；
所述热应变分析模型为：
，
式中，为针刺多孔纳米复合材料的热应变，/>为针刺多孔纳米复合材料的热膨胀系数，T为温度，t为时间，τ为松弛时间；
所述粘弹性本构模型为：
式中，为应力分量，/>为刚度矩阵，/>为固化度，T为固化过程中的材料温度，t为时间，τ为松弛时间，/>为总应变量，/>为热应变分量，/>为化学应变分量。
在本发明一个实施例中，当复合材料呈现热-流变性时，所述粘弹性本构模型为：
式中，为缩减时间ξ时刻的刚度矩阵，/>为完全松弛刚度矩阵，/>为预设的固化度，/>为初始刚度矩阵，W m 为第m支Maxwell单元的权重系数，/>为缩减时间增量，/>为第m支Maxwell单元离散应力松弛时间。
在本发明一个实施例中，所述传热传质动力学理论模型为：
式中，λ为导热系数，ρ s 为固相密度，c为微元体的折合比热容，p c 为气体压力，T为固化过程中的材料温度，λ ql 为液相质导热系数，λ qg 为气相质导热系数，c T 为温度T下基体热解程度系数，h fg 为液相的气化潜热，K s 为固相渗透传质系数，M为质量。
可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测装置的具体限定。在本发明的另一些实施例中，一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。
上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法。
具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机（或CPU或MPU）读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘（如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW）、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法，其特征在于，包括：
获取对实际针刺多孔纳米复合材料经显微观测方法得到的实际建模参数；
将所述实际建模参数分别输入到预先构建的针刺多孔纳米复合材料中不同区域细观模型，得到代表性体积单元模型的等效力学参数；
将所述等效力学参数输入到预先构建的固化反应理论模型，得到所述针刺多孔纳米复合材料的固化变形；
在所述针刺多孔纳米复合材料的固化变形的基础上，将所述等效力学参数输入到预先构建的传热传质动力学理论模型，得到所述针刺多孔纳米复合材料最终的结构变形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实际建模参数包括基体材料、纤维材料、纤维含量、基体含量、纤维角度、纤维走向、针刺孔洞的大小和形状。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同区域包括非针刺区域、单独针刺区域、表面针刺区域和重复针刺区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等效力学参数包括热膨胀系数、泊松比、弹性模量、密度、放热收缩量和固化度。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述固化反应理论模型包括热-化学耦合分析模型、固化收缩分析模型、热应变分析模型和粘弹性本构模型，其中：
所述热-化学耦合分析模型为：
，
式中，为针刺多孔纳米复合材料的密度，/>为针刺多孔纳米复合材料的比热容，T为固化过程中的材料温度，k x 、k y 、k z 分别为针刺多孔纳米复合材料沿x、y、z方向的导热系数，Φ为内热源放热量；
所述固化收缩分析模型为：
，
式中，ε m c 为基体材料的化学收缩应变，为固化度，β为基体材料的总固化收缩量，n为级数；
所述热应变分析模型为：
，
式中，为针刺多孔纳米复合材料的热应变，/>为针刺多孔纳米复合材料的热膨胀系数，T为温度，t为时间，τ为松弛时间；
所述粘弹性本构模型为：
式中，为应力分量，/>为刚度矩阵，/>为固化度，T为固化过程中的材料温度，t为时间，τ为松弛时间，/>为总应变量，/>为热应变分量，/>为化学应变分量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当复合材料呈现热-流变性时，所述粘弹性本构模型为：
式中，为缩减时间ξ时刻的刚度矩阵，/>为完全松弛刚度矩阵，/>为预设的固化度，/>为初始刚度矩阵，W m 为第m支Maxwell单元的权重系数，/>为缩减时间增量，为第m支Maxwell单元离散应力松弛时间。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述传热传质动力学理论模型为：
式中，λ为导热系数，ρ s 为固相密度，c为微元体的折合比热容，p c 为气体压力，T为固化过程中的材料温度，λ ql 为液相质导热系数，λ qg 为气相质导热系数，c T 为温度T下基体热解程度系数，h fg 为液相的气化潜热，K s 为固相渗透传质系数，M为质量。
8.一种针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取对实际针刺多孔纳米复合材料经显微观测方法得到的实际建模参数；
构建模块，用于将所述实际建模参数分别输入到预先构建的针刺多孔纳米复合材料中不同区域细观模型，得到代表性体积单元模型的等效力学参数；
输入模块，用于将所述等效力学参数输入到预先构建的固化反应理论模型，得到所述针刺多孔纳米复合材料的固化变形；
输出模块，用于在所述针刺多孔纳米复合材料的固化变形的基础上，将所述等效力学参数输入到预先构建的传热传质动力学理论模型，得到所述针刺多孔纳米复合材料最终的结构变形。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-7中任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310934202.2A CN116663374B (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310934202.2A CN116663374B (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116663374A true CN116663374A (zh) | 2023-08-29 |
| CN116663374B CN116663374B (zh) | 2023-10-03 |
Family
ID=87724503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310934202.2A Active CN116663374B (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116663374B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117725707A (zh) * | 2024-02-08 | 2024-03-19 | 北京理工大学 | 网格结构构件的固化变形预测方法及装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112251000A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-01-22 | 西安石油大学 | 一种耐低温的高分子绝缘导热复合材料及加工工艺 |
| CN112329297A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-05 | 西北工业大学 | 一种考虑固化残余应力的复合材料强度检测方法及系统 |
| US20210118530A1 (en) * | 2019-05-27 | 2021-04-22 | Beijing University Of Technology | Multi-scale method for simulating mechanical behaviors of multiphase composite materials |
| CN115470669A (zh) * | 2022-08-29 | 2022-12-13 | 同济大学 | 一种复合材料结构固化变形预测方法、装置及存储介质 |
| CN115831273A (zh) * | 2022-09-26 | 2023-03-21 | 西北工业大学 | 一种基于超粘弹性本构的形状记忆聚合物数值模拟方法 |
-
2023
- 2023-07-28 CN CN202310934202.2A patent/CN116663374B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210118530A1 (en) * | 2019-05-27 | 2021-04-22 | Beijing University Of Technology | Multi-scale method for simulating mechanical behaviors of multiphase composite materials |
| CN112329297A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-05 | 西北工业大学 | 一种考虑固化残余应力的复合材料强度检测方法及系统 |
| CN112251000A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-01-22 | 西安石油大学 | 一种耐低温的高分子绝缘导热复合材料及加工工艺 |
| CN115470669A (zh) * | 2022-08-29 | 2022-12-13 | 同济大学 | 一种复合材料结构固化变形预测方法、装置及存储介质 |
| CN115831273A (zh) * | 2022-09-26 | 2023-03-21 | 西北工业大学 | 一种基于超粘弹性本构的形状记忆聚合物数值模拟方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 杲东彦;王涛;魏国歌;钱嘉鑫;何佳文;戴康康;陈凌海;: "碳纳米复合相变材料熔化传热的理论分析", 南京工程学院学报(自然科学版), no. 03 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117725707A (zh) * | 2024-02-08 | 2024-03-19 | 北京理工大学 | 网格结构构件的固化变形预测方法及装置 |
| CN117725707B (zh) * | 2024-02-08 | 2024-04-19 | 北京理工大学 | 网格结构构件的固化变形预测方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116663374B (zh) | 2023-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Predictions of effective physical properties of complex multiphase materials | |
| CN116663374B (zh) | 针刺多孔纳米复合材料的结构变形预测方法及装置 | |
| KR101383663B1 (ko) | 가상 테스트에 근거한 파라미터화 재료 및 성능 특성 | |
| Callens et al. | Decoupling minimal surface metamaterial properties through multi‐material hyperbolic tilings | |
| Cassola et al. | Machine learning for polymer composites process simulation–a review | |
| Didari et al. | Modeling of composite fibrous porous diffusion media | |
| Shen et al. | Modeling the temperature, crystallization, and residual stress for selective laser sintering of polymeric powder | |
| Hui et al. | Multiscale collaborative optimization for the thermochemical and thermomechanical cure process during composite manufacture | |
| Bhandari et al. | Finite element modeling of 3D-printed part with cellular internal structure using homogenized properties | |
| Liu et al. | Intelligent multiscale simulation based on process-guided composite database | |
| de Kergariou et al. | The design of 4D‐printed hygromorphs: state‐of‐the‐art and future challenges | |
| Yuan et al. | A coupled thermo‐chemo‐mechanical reduced‐order multiscale model for predicting process‐induced distortions, residual stresses, and strength | |
| Borkowski et al. | From ordered to disordered: The effect of microstructure on composite mechanical performance | |
| Liu et al. | A hybrid optimization algorithm for gate locations in the liquid composite molding process | |
| Akhare et al. | Physics-integrated neural differentiable (PiNDiff) model for composites manufacturing | |
| Hao et al. | A two dimensional VCFEM formulated with plastic, creep and thermal strain for simulate fatigue of porous material | |
| Curatolo et al. | Dehydration-induced mechanical instabilities in active elastic spherical shells | |
| Ngo et al. | Computational developments for simulation based design: Multi-scale physics and flow/thermal/cure/stress modeling, analysis, and validation for advanced manufacturing of composites with complex microstructures | |
| Li et al. | Hygrothermal coupled modeling and behavior analysis of natural fiber-reinforced tubular composites | |
| Li et al. | A Multiphysics Coupling of Resin Infusion and Deformation of Fiber Preform Using Customized STAR-CCM+ and ABAQUS | |
| Wang et al. | A novel FFT framework with coupled non-local elastic-plastic damage model for the thermomechanical failure analysis of UD-CF/PEEK composites | |
| Roy et al. | A nano-micro-macro-multiscale model for progressive failure prediction in advanced composites | |
| Zhang et al. | Mechanics Modeling of Additive Manufactured Polymers | |
| Pirondi et al. | Strategies for modelling and optimization of bi-stable composite laminates actuated by embedded Shape Memory Alloy wires | |
| Kumar et al. | A Critical Review on Finite Element Models Towards Physico-Mechanical Properties of Bamboo Fibre/Filler-Reinforced Composite Materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |