申请/专利权人：北京理工大学

申请日：2024-02-08

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN117725708B

主分类号：G06F30/17

分类号：G06F30/17;G06F30/23;G16C60/00;G06F113/26;G06F119/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2024.04.05#实质审查的生效;2024.03.19#公开

摘要：本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种基于软膜成型的复合材料网格结构筋条截面形状分析方法。方法包括：基于预先构建的软膜‑复合材料有限元模型，计算在正应力作用下，复合材料网格结构筋条的初始截面形状；正应力为利用软膜生成复合材料网格结构时，软膜与复合材料网格结构之间的垂直挤压力；预先确定利用软膜生成复合材料网格结构时，软膜和复合材料网格结构之间的剪切层；将剪切层施加在复合材料网格结构筋条的初始截面上，得到挤压‑剪切作用耦合分析模型；对挤压‑剪切作用耦合分析模型进行求解，得到复合材料网格结构筋条的最终截面形状。本申请，收敛性好，可以准确计算复合材料筋条的截面尺寸。

主权项：1.一种基于软膜成型的复合材料网格结构筋条截面形状分析方法，其特征在于，包括：基于预先构建的软膜-复合材料有限元模型，计算在正应力作用下，复合材料网格结构筋条的初始截面形状；所述正应力为利用软膜生成所述复合材料网格结构时，所述软膜与所述复合材料网格结构之间的垂直挤压力；预先确定利用所述软膜生成所述复合材料网格结构时，所述软膜和所述复合材料网格结构之间的剪切层；将所述剪切层施加在所述复合材料网格结构筋条的初始截面上，得到挤压-剪切作用耦合分析模型；对所述挤压-剪切作用耦合分析模型进行求解，得到所述复合材料网格结构筋条的最终截面形状；所述剪切层包括不同位置处所述软膜与所述复合材料网格结构之间的摩擦力和粘性力；所述软膜-复合材料有限元模型是基于软膜材料本构模型、等效材料和复合材料本构模型构建的；其中，所述等效材料用于模拟利用所述软膜生成所述复合材料网格结构时所需的工艺间隙；所述软膜材料本构模型为： 式中，W为应变能密度函数；I1、I2和I3分别为软模材料的张量不变量；Cij与Ki分别为软模材料的性能参数，MPa；N为本构模型阶数；i、j分别为正整数；所述复合材料本构模型为： 式中，为t时刻复合材料的应力分量；为t时刻复合材料的完全松弛刚度矩阵，即储能模量构成的刚度矩阵；为t时刻复合材料的黏性刚度矩阵，即由耗散模量构成的刚度矩阵；为t时刻复合材料的固化度；Tt为t时刻复合材料的温度；Wm为第m支Maxwell单元的权重系数；为复合材料的机械应变；为第m支Maxwell单元的松弛时间；为t时刻等效时间；为当前等效时间；i、j分别为正整数；所述等效材料的参数包括材料厚度、弹性模量和热膨胀系数；在基于预先构建的软膜-复合材料有限元模型，计算在正应力作用下，复合材料网格结构筋条的初始截面形状时，还包括：基于该等效材料不同时刻的应变更新等效材料的弹性模量和热膨胀系数；所述基于该等效材料不同时刻的应变更新等效材料的弹性模量和热膨胀系数，包括：将所述等效材料划分为多个子区域，并给定每个所述子区域一个初始厚度、初始弹性模量和初始热膨胀系数；确定所述软膜-复合材料有限元模型的增量步；在利用所述软膜-复合材料有限元模型计算所述复合材料网格结构筋条的初始截面形状时，每增加一个增量步，均对每个所述子区域执行如下操作：获取该子区域的当前应变，并判断该当前应变是否大于预设的应变阈值；若是，则将该子区域中等效材料的弹性模量更新为所述软膜的弹性模量，以及将该子区域中等效材料的热膨胀系数更新为所述软膜的热膨胀系数；若否，则不更新；所述增量步不大于增量步阈值；所述增量步阈值是通过如下公式确定的： 式中，为所述增量步阈值；为增量步系数；为所述工艺间隙；为软模的边缘到中心点的平均距离；为所述软膜的热膨胀系数；为所述复合材料的厚度；为所述复合材料2方向的热膨胀系数；为所述复合材料的玻璃态转化温度与室温的温差。

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