编织复合材料热物理性能快速预测及实验验证

发布时间：2021-07-09 12:19

　　本文提出了基于耦合思想的编织复合材料热物理性能快速预测方法,给出了增强相模型和整体区域模型之间的温度场自由度协调关系、增强相与整体区域叠合后的热学性能匹配方法以及应用于耦合模型的温度场周期性边界条件,应用该方法预测了三维四向编织复合材料的等效热膨胀系数和等效热传导系数。组建了复合材料热膨胀性能测试及温度补偿实验系统,在测试温度范围内该系统的应变偏差小于1×10^-6ε,验证了该系统的可靠性,进一步利用该系统验证了新方法的预测精度和可行性。该方法较传统方法显著降低了建模难度,提高了网格精度,减少了计算规模,可实现复合材料热物理性能的快速预测,同时为复合材料热物理性能的优化设计奠定了基础。 

【文章来源】：燕山大学学报. 2020,44(01)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

复合材料共节点网格模型建立过程

首先采用六面体网格建立编织复合材料中的纤维束模型,利用编制的网格切割程序提取单胞区域内的纤维束模型,当六面体单元经过单胞模型的边界面切割提取时,余下的部分可以采用六面体、三棱柱或者四面体单元重新进行网格划分,根据切割面与单元的位置关系,一共有14种相对位置关系;当三棱柱单元再次被单胞边界面切割提取时,切割面与单元的相对位置关系共有19种;当四面体单元再次被单胞边界面切割提取时,切割面与单元的相对位置关系共有3种。根据这些单元可能的被切割情况,进行单元结构形式的重新构建,并编写了相应程序[9],在该程序中,通过读入模型的单元节点坐标、单元节点连接关系和要进行切割提取的单胞边界面坐标,该程序便可进行自动的判断和网格重组划分,并最终输出为有限元软件可快速读入的代码数据文件。本文利用该方法进行单胞模型区域内网格模型的切割提取。为了便于观看,此处只显示一个方向的纤维束模型提取,如图2所示。将切割提取出的增强相模型与整体区域模型叠合,得到复合材料单胞网格模型。如图3所示。

基于耦合思想的单胞网格模型建立过程

【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂载荷作用下的三维编织复合材料力学性能分析[J]. 姜黎黎,徐美玲,王幸东,翟军军.  哈尔滨理工大学学报. 2018(04)
[2]热载荷对三维编织复合材料拉伸性能的影响[J]. 姜黎黎,王幸东,刘恂,曾涛.  哈尔滨理工大学学报. 2015(01)
[3]三维四向编织复合材料参数化单胞模型建立及弹性规律数值预测[J]. 张芳芳,姜文光,刘才.  机械工程学报. 2014(08)
[4]三维六向编织复合材料渐进损伤模拟及强度预测[J]. 卢子兴,夏彪,王成禹.  复合材料学报. 2013(05)
[5]三维编织复合材料热物理性能的有限元分析[J]. 夏彪,卢子兴.  航空学报. 2011(06)
[6]三维五向编织复合材料导热性能的有限元分析[J]. 李典森,卢子兴,刘振国,李仲平.  航空动力学报. 2008(08)
[7]Investigation on the Thermal Conductivity of 3-Dimensional and 4-Directional Braided Composites[J]. Liu Zhenguo, Zhang Haiguo, Lu Zixing, Li Diansen Institute of Solid Mechanics, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing, 100083, China.  Chinese Journal of Aeronautics. 2007(04)
[8]三维四向编织复合材料等效热特性数值分析和试验研究[J]. 程伟,赵寿根,刘振国,冯志海,姚承照,于瑞莲.  航空学报. 2002(02)



本文编号：3273734