CN117672436A - 一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料技术领域，公开了一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法，步骤一：建立考虑制造工艺缺陷的微观有限元模型；步骤二：确定考虑制造工艺缺陷的复合材料的力学特征；步骤三：确定复合材料中缺陷体积分数与缺陷类型，并建立边界条件；步骤四：建立复合材料失效准则和刚度退化模型；步骤五：根据上述所建立的微观有限元模型、失效准则以及刚度退化模型，进行考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能的预测。本发明的有益效果：具有广泛性和普适性，能够准确模拟多种缺陷类型以及不同边界条件下材料结构的真实受力情况，预测其力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法。
背景技术
复合材料结构以其优异的力学性能与设计制造性，能够充分满足结构轻量化功能要求与极端工况下装备的服役性能需求。然而在制造过程中由于加工技术、制备工艺等限制会导致各种微缺陷，例如纤维错位、纤维分布不规则、纤维开裂、空隙和纤维-基体脱粘等，这些缺陷对复合材料结构的性能会产生不同程度的影响，严重威胁到结构的力学特性。这些微缺陷通常不易观测且在微观尺度下与材料的影响机理非常复杂，以至于难以确定结构的力学特性，因此准确预测含有制造工艺缺陷的复合材料结构的力学性能的研究与应用是十分重要的。
传统的预测方法通过解析方程或理论方程来得到含制造工艺缺陷复合材料的力学性能，但这种方式无法对含缺陷复合材料的力学机理进行分析与研究。近年来，代表性体积元（RVE）被广泛应用于分析缺陷对复合材料力学性能影响的有限元模型中，从微观层面考虑纤维与基体的损伤破坏并且在模型中引入制造工艺缺陷，以获取准确的失效响应与力学性能。然而虽已了解了一些缺陷的作用机理，但不同的缺陷类型与在不同载荷作用下的微损伤特征和应力状态的研究还不够深入。为了不断增强复合材料结构的力学性能，提高含制造工艺缺陷结构的性能预测精度，充分揭示微观缺陷的作用机理。如何建立复合材料多尺度有限元模型、制造工艺缺陷理论模型，以及考虑不同缺陷类型与不同加载条件下的耦合效应成为了重要的问题。
因此，有必要提供一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法，提出并建立含缺陷的微尺度有限元模型，用于预测复合材料结构的力学性能和破坏机制。
发明内容
本发明公开了一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法，可用于复合材料结构的制造与力学性能预测，其可以有效解决背景技术中涉及的技术问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法，包括以下步骤：
步骤一：建立考虑制造工艺缺陷的微观有限元模型；
步骤二：确定考虑制造工艺缺陷的复合材料的力学特征；
步骤三：确定复合材料中缺陷体积分数与缺陷类型，并建立边界条件；
步骤四：建立复合材料失效准则和刚度退化模型；
步骤五：根据上述所建立的微观有限元模型、失效准则以及刚度退化模型，进行考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能的预测。
综合考虑多种制造工艺缺陷类型、不同边界条件及其耦合效应，建立了含制造缺陷的微观有限元模型，实现对复合材料力学性能和损伤特性的综合评估。采用刚度退化模型模拟不同缺陷类型与载荷边界的力学响应，建立了微尺度下复合材料弹性常数和强度特性的理论方程，能够准确描述缺陷含量对结构应力-应变响应的影响，充分实现对多种载荷工况作用下纤维/基体损伤演化的精确预测。
作为本发明的一种优选改进：所述步骤一中，利用代表性体积单元RVE，采用微观有限元模型进行建模，且纤维与基体均采用八节点三维实体单元C3D8进行网格化处理。
作为本发明的一种优选改进：所述步骤二中：
含制造工艺缺陷的复合材料刚度可表达为：Ed=En（1-Vd）2，式中，Ed为含缺陷材料刚度，En为无缺陷材料刚度，Vd为缺陷体积分数；
含制造工艺缺陷的复合材料的弹性模量为：Ei-d=Ei（1-Vd）2，式中，Ei为无缺陷复合材料弹性常数；
考虑制造工艺缺陷的弹性常数理论值为：Em-d=Em（1-Vm-d）2，式中，Em-d为含缺陷基体材料的弹性模量，Vm-d为基体中缺陷体积分数，Em为基体弹性模量；
其中：Vm-d=Vd/Vm，式中，Vm为基体体积分数。
作为本发明的一种优选改进：所述步骤三中，通过改变网格密度来定义缺陷体积分数，采取改变缺陷区域网格形状与材料属性的方式来定义不同类型的缺陷类型。
作为本发明的一种优选改进：所述步骤三中，通过节点耦合或方程约束来建立边界条件。
作为本发明的一种优选改进：所述步骤四中，对于纤维复合材料，采用最大应力破坏准则建立复合材料失效准则，如下式所示：
，
式中Fft和Ffc分别为纤维拉伸破坏指数和纤维压缩破坏指数，Ff1T为纤维拉伸强度，Ff1C为纤维压缩强度，σ11表示纤维方向的微观应力。
作为本发明的一种优选改进：所述步骤四中，刚度退化模型如下式所示：
σ=CD·ε；
；
式中，σ=[σ11，σ22，σ33，σ12，σ13，σ23]T，ε=[ε 11， ε 22， ε 33， ε 12， ε 13， ε 23]T分别为应力向量和应变向量，CD表示退化刚度矩阵。
作为本发明的一种优选改进：所述步骤五中，通过有限元仿真模拟进行考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能的预测。
本发明的有益效果如下：
1、相对于传统的通过解析方程或理论方程来得到含制造工艺缺陷复合材料的力学性能的方法，本发明基于损伤理论建立了微观有限元模型，能够在准确预测性能的前提下，更加直观清晰的观察到材料应力分布情况与破坏模式，进而更加准确地分析其损伤机理；
2、相对于传统预测方法，本发明所建立的理论与数值模型具有广泛性和普适性，能够准确模拟多种缺陷类型以及不同边界条件下材料结构的真实受力情况，预测其力学性能；
3、所提出的预测方法中采用定义超低材料性能的方式对各种缺陷进行了等效处理，能够在满足预测精度的前提下尽可能模拟材料内部的实际缺陷情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图，其中：
图1为本发明中的复合材料制造缺陷示意图；
图2为本发明中含制造工艺缺陷复合材料微观有限元模型示意图；
图3为本发明中微观有限元模型缺陷超低属性材料定义；
图4为本发明中不同类型与不同体积百分比缺陷示意图，其中，（a）为0.15%，（b）为1%，（c）为2%，（d）为3%，（e）为4%，（f）为5%；
图5为本发明中不同边界载荷条件示意图，其中，（a）为纵向拉伸/压缩，（b）为横向拉伸/压缩，（c）为面内剪切，（d）为面外剪切；
图6为本发明中复合材料应力-应变响应；
图7为本发明中考虑制造缺陷的复合材料性能预测方法流程；
图8为本发明实施例中有限元模型几何尺寸关系；
图9为本发明实施例中材料方向的设定；
图10为本发明实施例中有限元法与理论结果对不同气孔含量纤维束弹性常数的比较，其中，（a）为弹性模量E1随气孔变化的示意图，（b）为弹性模量E2随气孔变化的示意图，（c）为弹性模量G12，G13随气孔变化的示意图，（d）为弹性模量G23随气孔变化的示意图。
图中：1-纤维束，2-基体，3-纤维部分断裂，4-脱粘纤维束，5-纤维完全断裂，6-桥接裂纹，7-纤维束外气孔，8-纤维束内气孔缺陷，9-微观有限元模型，10-纤维，11-制造工艺缺陷，12-超低属性材料，13-纵向拉伸（T11）/压缩载荷（C11），14-横向拉伸（T22）/压缩载荷（C22），15-面内剪切载荷，16-面外剪切载荷。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1所示，本发明提供一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法，针对不同缺陷类型进行了分析，其中包含纤维部分断裂3、脱粘纤维束4、纤维完全断裂5、桥接裂纹6、纤维束外气孔7以及纤维束内气孔缺陷8。
第一步，建立考虑缺陷的微观有限元模型
首先如图2所示，利用代表性体积单元（RVE）来捕捉微观结构的任何几何特征，将纤维10分布看成是周期阵列，结合代表性体积单元（RVE）模型，采用微观有限元模型9可以成功地用于预测纤维束的有效材料属性。
考虑到计算时间在当前单元数量下是可以接受的，为了减小尺寸的影响并在结果分析中获得详尽的特征，采用代表性体积单元（RVE）进行研究。为了捕捉纤维和基体的精确表征，网格划分足够密集的单元，其中纤维10与基体2均采用八节点三维实体单元（C3D8）。
在本发明中，制造工艺缺陷11随机分布于复合材料中，缺陷以超低属性材料12被定义在数值模型中，这种通过降低力学性能来模拟实际缺陷的方法对于不同种类的缺陷更具有适用性，从而获得最能符合实际工况下缺陷周围及材料内部的应力分布情况以及损伤机制，实际性能参数值可通过理论计算得出。
第二步，确定考虑制造工艺缺陷复合材料的力学特征
建立相关含缺陷材料的力学特性，其中含缺陷材料刚度可表达为：
Ed=En（1-Vd）2 （1）
式中，Ed为含缺陷材料刚度，En为无缺陷材料刚度，Vd为缺陷体积分数。
含制造工艺缺陷的纤维复合材料的弹性模量为：
Ei-d=Ei（1-Vd）2 （2）
式中，Ei为无缺陷复合材料弹性常数。
纤维复合材料中的纤维束1主要提供抵抗结构变形的承载能力，然而与纤维材料相比，基体承载能力很低。缺陷的存在对纤维束的纵向性能没有影响，但由于基体主要承担横向载荷，对纤维束的横向性能影响很大。在理论研究的基础上，采用了关于含缺陷基体弹性模量的公式，如式(3)所示，本发明中采用该公式计算考虑缺陷的弹性常数理论值。
Em-d=Em（1-Vm-d）2 （3）
式中，Em-d为含缺陷基体材料的弹性模量，Vm-d为基体中缺陷体积分数，Em为基体弹性模量。
其中：Vm-d=Vd/Vm （4）
式中，Vm为基体体积分数。
将Em-d代入式（5）-（15）中的Em，可以从理论上计算出含缺陷纤维束1的弹性常数，其式如下所示：
E1=VfEf1+（1-Vf）Em （5）
E2=E3=Em/[1-(1-Em/Ef2)] （6）
G12=G13=Gm/[1-(1-Gm/Gf12)] （7）
G23=Gm/[1-(1-Gm/Gf23)] （8）
V12=V13=VfVf12+（1-Vf）Vm （9）
V23=(E22/2G23)-1 （10）
F1t=VfFf1T （11）
F1c=VfFf1c （12）
F2t=[1-(-Vf)(1-Em/Ef2)] Tm （13）
F2c=[1-(-Vf)(1-Em/Ef2)] Cm （14）
F1s=[1-(-Vf)(1-Gm/Gf2)] Sm （15）
式中，E1为纤维束纵向模量，E2=E3为纤维束横向模量；其中G12为纤维束纵向剪切模量，G13=G23为纤维束横向剪切模量；V12=V13，V23，分别为纤维束的主要泊松比和次要泊松比；F1t、F1c、F2t、F2c、F1s分别为纤维束纵向抗拉强度、纵向抗压强度、横向抗拉强度、横向抗压强度、面内抗剪强度；Vf为纤维体积分数；Em为基体弹性模量；Ef1、Ef2为纤维1、2方向上弹性模量，其中纤维方向为1方向，2方向垂直于1方向；Gf12、Gf23为纤维剪切模量；Vf12为纤维泊松比；Ff1T、Ff1C分别为纤维拉伸强度与纤维压缩强度；Tm、Cm为基体抗拉强度和抗压强度，Sm为基体剪切强度。
第三步，确定复合材料中缺陷体积分数与缺陷类型，并建立边界条件
如图4所示，通过改变网格密度来定义的缺陷体积分数，多种缺陷可以同时出现在代表性体积单元（RVE）中，采取改变缺陷区域网格形状与材料属性的方式来定义不同类型的缺陷类型。
设置周期边界条件和加载条件，微尺度纤维束被认为是周期性结构，由周期性代表性体积单元（RVE）阵列组成。为了满足相邻RVE的边界位移和边界应力连续性，采用周期边界条件（PBC）获得RVE精确的微力学响应。本发明中所述的周期边界条件PBC可以通过节点耦合或方程约束来实现，在微尺度RVE的相对两侧定义相同的节点坐标。同时，通过施加约束方程将每个节点对进行绑定。因此，需要建立RVE的周期网格来获得相应的节点。在发明中，PBC两个对应节点的位移方程可参考（A unified periodical boundary conditionsfor representative volume elements of composites and applications.Zihui Xia,Yunfa Zhang, Fernand Ellyin.International Journal of Solids and StructuresVolume 40, Issue 8, April 2003, Pages 1907-1921）。
如图5所示，PBC中节点的耦合，位移荷载可以施加在相应表面的节点上。为了获得纤维束不同的力学性能，本发明中以均匀位移形式规定了纵向拉/压载荷、横向拉/压载荷、面内剪切载荷和面外剪切载荷6个独立边界条件，点O、点A、点B、点C分别与对应的曲面耦合，主点O、A、B、C的边界条件可由下式定义：
纵向拉伸T11和压缩C11：
UO1=UO2=UO3=0, UA1=UA3=0,UB2= UB3=0, UC1=UC2=0, UB1=s （16）
横向拉伸T22和压缩C22：
UO1=UO2=UO3=0, UA1=UA3=0,UB2= UB3=0, UC1=UC2=0, UA2=s（17）
面内剪切S12：
UO1=UO2=UO3=0, UA1=UA3=0,UB2= UB3=0, UC2=0, UC1=s（18）
面外剪切S23：
UO1=UO2=UO3=0, UA1=UA3=0,UB2= UB3=0,UC1=0, UC2=s（19）
式中，1、2、3表示坐标系的三个方向，Uii为平移边界条件，s为某一位移值（根据情况设定）。
第四步，建立复合材料失效准则和刚度退化模型
纤维是碳纤维增强复合材料的主要承载微观结构，在微观尺度上，本发明中假定纤维为横向各向同性材料，因此横向杨氏模量相同（Ef2=Ef3）。纤维的应力应变响应如图6所示。为了简化力学响应和计算过程，本发明建立了线弹性本构关系来模拟纤维的弹性响应（图6中的OA）。纤维破坏行为受初始破坏准则控制，一旦满足初始破坏准则，就假定发生破坏，并降低相应的性能。如图6中AB段所示，由于纤维材料的力学特性，本发明中采用退化定律来定义纤维的力学行为，以获得准确的纤维束破坏强度。
对于微观尺度，本发明采用最大应力破坏准则描述纤维破坏的起始，如下式所示：
（20）
式中Fft和Ffc分别为纤维拉伸破坏指数和纤维压缩破坏指数，Ff1T为纤维拉伸强度，Ff1C为纤维压缩强度，σ11表示纤维方向的微观应力。根据图6所示的退化规律，刚度完全退化，即微观损伤变量为1。最后根据退化规律更新刚度矩阵，通过退化刚度矩阵和新应变计算新的应力状态，新应变由式（21）定义：
σ=CD·ε（21）
（22）
式中，σ=[σ11，σ22，σ33，σ12，σ13，σ23]T，ε=[ε 11， ε 22， ε 33， ε 12， ε 13， ε 23]T，分别为应力向量和应
变向量；σ11为纤维方向拉伸/压缩应力；σ22为基体方向拉伸/压缩应力；σ33为厚度方向拉
伸压缩应力；σ12为12面内剪切应力；σ13为13面内剪切应力；σ23为23面内剪切应力；ε11为
纤维方向拉伸/压缩应变；ε22为基体方向拉伸/压缩应变；ε33为厚度方向拉伸压缩应变；ε
12为12面内剪切应变；ε13为13面内剪切应变；ε23为23面内剪切应变；CD表示退化刚度矩
阵；退化刚度矩阵的分量可由初始刚度矩阵和损伤变量计算，其表达式为=(1-)(ii=11,22,33,44,55,66,12,13,23)；初始刚度矩阵的分量可由式（23）-（31）获
得：
（23）
（24）
（25）
（26）
（27）
（28）
（29）
（30）
（31）
式中，Δ=1-Vf12Vf21-Vf23Vf32-Vf31Vf13-2Vf21Vf32Vf13；Vfij为不同方向泊松比，Ef3为纤维厚度方向上的弹性模量，其中(Vf21=Vf12Ef2/Ef1,vf31=vf13Ef3/Ef1,vf32=vf23Ef3/Ef2)。
第五步，根据上述所建立的有限元数值模型、失效准则以及刚度退化模型，通过有限元商业软件ABAQUS实现考虑制造工艺缺陷复合材料性能的预测
计算流程图如图7所示，首先建立考虑制造工艺缺陷的有限元模型，通过代表性体积单元（RVE）描述微观尺度下纤维与基体的几何特征，并确定缺陷类型与缺陷体积分数。在有限元商业软件ABAQUS中进行部件装配环节，其中主要包含纤维与基体之间的连接与空间位置的确定，通过本发明中提出的考虑制造工艺缺陷的材料力学特征以及刚度退化模型，以模拟实际缺陷材料的力学性能以及受载时的力学行为表现。
其次，将材料属性参数导入至有限元商业软件ABAQUS中，采用三维实体对微观模型进行均质化处理，并对复合材料方向进行设定，其主要目的是为了确定纤维朝向。将纤维方向设置为1方向，基体方向设置为2方向，通过在有限元模型中设置位移加载以及周期性边界条件来模拟实际的工况。以8节点三维实体单元（C3D8）进行网格化处理，使其数值模型在荷载下不易发生剪切自锁现象，以及对位移的求解结果比较精确网格存在扭曲变形时，分析的精度不会受到太大的影响。在确定所需求的全部条件后，利用ABAQUS/ Standard静力通用分析对所建立数值模型进行分析计算。
最后，在计算过程中以纤维材料与基体材料作为研究目标，通过所设定的材料参数获得初始和刚度退化矩阵，在上述设置的边界条件作用下材料应力、应变随之变化。当满足本发明中所述的失效准则判据时，材料开始发生损伤并且以退化规律进行性能折减，随后重新计算或降低材料刚度矩阵直到满足所设定的位移边界条件。在后处理模块中，通过场输出可以得到复合材料应力分布情况。由于本发明中所述加载边界条件均为位移边界，且每个位移边界均对应所要预测的力学性能参数，因此在结果输出中能够准确获得相应的力学性能，即通过本发明所提出的方法能够准确预测考虑制造缺陷的复合材料结构性能，以满足实际工程中能够准确、高效且经济地达到应用需求。
以下以具体实施例对本发明所提供的一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法进行详细说明。
本实施例以复合材料实际制造过程中产生的纤维束内气孔缺陷8为研究对象，如图8所示，采用六边形模型对代表性体积单元（RVE）进行建模，并详细标注了几何尺寸关系。为了准确捕捉纤维10和基体2的特征，划分了足够密集的单元，其中纤维束包含29064个8节点三维实体单元(C3D8)，基体包含3451个C3D8单元。
采用定义超低属性材料的方法对气孔缺陷进行等效，此外用于测试的纤维材料为A-42碳纤维，基体材料为EPR-L20环氧树脂，A-42碳纤维和环氧树脂用于微尺度模型的性能如下表所示。
表1纤维材料属性表
| 材料属性（A-42碳纤维） | 数值 |
| 1方向弹性模量，Ef1/GPa | 234 |
| 2方向弹性模量，Ef2/GPa | 13.4 |
| 剪切模量，Gf12/GPa | 6.81 |
| 剪切模量，Gf23/GPa | 4.8 |
| 泊松比，Vf12 | 0.2 |
| 泊松比，Vf23 | 0.25 |
| 拉伸强度，Ff1T/GPa | 3.16 |
| 压缩强度，Ff1C/GPa | 729 |
表2基体材料属性表
| 材料属性（环氧树脂/基体） | 数值 |
| 弹性模量，Em/GPa | 3.3 |
| 剪切模量，Gm/GPa | 1.0 |
| 泊松比，Vm/GPa | 0.35 |
| 拉伸强度，Tm/GPa | 60.2 |
| 压缩强度，Gm/GPa | 107 |
| 剪切强度，Sm/GPa | 41.0 |
根据相关规定，用于航空航天领域的复合材料结构的气孔率必须低于1-2%，而用于其他领域的气孔率必须低于5%。因此，对纤维束1中不同体积分数气孔的研究主要包括0%、0.15%、0.5%、1%、2%、3%、4%和5%，相应的基体2体积分数分别为20%、19.85%、19.5%、19%、18%、17%、16%和15%。确定了纤维的材料方向如图9所示，其中箭头（1方向）表示纤维方向，由于纤维材料是横向各向同性的，所以2向和3向具有相同的材料性能。在建模中，需要指定每个元素的材质方向。为了获得纤维束不同的力学性能，以均匀位移形式规定了纵向拉/压载荷、横向拉/压载荷、面内剪切载荷和面外剪切载荷6个独立的边界条件，如图5所示。
碳纤维的应力应变响应如图6所示，一旦满足初始破坏准则，就假定发生破坏，并降低相应的性能。采用退化定律来定义碳纤维的弹脆行为，该退化规律可以有效地模拟纤维材料的退化行为，获得准确的纤维束破坏强度。
对于有气孔的纤维束，利用已有的公式，对弹性常数E1、E2、G12、G23进行了理论计算。将含气孔纤维束的理论弹性常数与仿真结果进行了比较，结果说明了气孔建模方法的可靠性。图10为有限元法与理论结果对不同气孔含量纤维束弹性常数的比较，由图10可以看出，在气孔条件下，E1、E2、G12、G23的模拟值都与理论值接近，且纵向模量和横向模量的误差不会随气孔含量的增加而增大。可以发现，有限元计算结果与理论计算结果吻合较好，有气孔的微尺度数值模型可以成功地获得纤维束的有效材料特性。
在应用方面，为了更全面地了解含气孔纤维束的力学机制，本实施例还讨论了气孔对纤维束应力-应变响应的影响，研究气孔含量对纵向拉伸、纵向压缩、横向拉伸、横向压缩、面内剪切和面外剪切的影响。应力-应变曲线均与孔隙含量变化基本一致。因此，孔隙对应力应变响应的影响很小，基体对纤维束高轴向应力的贡献很小，但破坏应力仍有轻微波动，纵向拉伸和压缩破坏在应力-应变曲线上均表现为线性上升和线性下降，碳纤维束表现为弹脆性响应。结果表明，相对于传统的通过解析方程或理论方程来得到含制造工艺缺陷复合材料的力学性能的方法，本发明基于损伤理论建立了微观有限元模型，能够在准确预测性能的前提下，更加直观清晰的观察到材料应力分布情况与破坏模式，进而更加准确地分析其损伤机理。
Claims (8)
1.一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：建立考虑制造工艺缺陷的微观有限元模型；
步骤二：确定考虑制造工艺缺陷的复合材料的力学特征；
步骤三：确定复合材料中缺陷体积分数与缺陷类型，并建立边界条件；
步骤四：建立复合材料失效准则和刚度退化模型；
步骤五：根据上述所建立的微观有限元模型、失效准则以及刚度退化模型，进行考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能的预测。
2.根据权利要求1所述的一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法，其特征在于：所述步骤一中，利用代表性体积单元RVE，采用微观有限元模型进行建模，且纤维与基体均采用八节点三维实体单元C3D8进行网格化处理。
3.根据权利要求1所述的一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法，其特征在于，所述步骤二中：
含制造工艺缺陷的复合材料刚度可表达为：Ed=En（1-Vd）2，式中，Ed为含缺陷材料刚度，En为无缺陷材料刚度，Vd为缺陷体积分数；
含制造工艺缺陷的复合材料的弹性模量为：Ei-d=Ei（1-Vd）2，式中，Ei为无缺陷复合材料弹性常数；
考虑制造工艺缺陷的弹性常数理论值为：Em-d=Em（1-Vm-d）2，式中，Em-d为含缺陷基体材料的弹性模量，Vm-d为基体中缺陷体积分数，Em为基体弹性模量；
其中：Vm-d=Vd/Vm，式中，Vm为基体体积分数。
4.根据权利要求1所述的一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法，其特征在于：所述步骤三中，通过改变网格密度来定义缺陷体积分数，采取改变缺陷区域网格形状与材料属性的方式来定义不同类型的缺陷类型。
5.根据权利要求1所述的一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法，其特征在于：所述步骤三中，通过节点耦合或方程约束来建立边界条件。
6.根据权利要求1所述的一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法，其特征在于：所述步骤四中，对于纤维复合材料，采用最大应力破坏准则建立复合材料失效准则，如下式所示：
，
式中Fft和Ffc分别为纤维拉伸破坏指数和纤维压缩破坏指数，Ff1T为纤维拉伸强度，Ff1C为纤维压缩强度，σ11表示纤维方向的微观应力。
7.根据权利要求1所述的一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法，其特征在于：所述步骤四中，刚度退化模型如下式所示：
σ=CD·ε，
;
式中，σ=[σ11，σ22，σ33，σ12，σ13，σ23]T，ε=[ε 11， ε 22， ε 33， ε 12， ε 13， ε 23]T分别为应力向量和应变向量，CD表示退化刚度矩阵。
8.根据权利要求1所述的一种考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能预测方法，其特征在于：所述步骤五中，通过有限元仿真模拟进行考虑制造工艺缺陷的复合材料结构性能的预测。
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