三维编织预制件单胞模型的参数化

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参数化单胞计算三维编织预制件纤维体积含量

参数化单胞计算三维编织预制件纤维体积含量

A s at 3 oes f( t i , uf eadcme)u icl fh D ba ig rf m w r et lhd bt c r D m d l o i e o sr e n o r nt e s e3 r dn e r e s b se n rr a lot i p o e ai
fa t n o o lx s p r ci fc mp e ha e. o K e r s f rc v l y wo d a i oume fa t n;p a trz b rci o r a mee ie;i tro n tc l ;s ra e u i c l;c m e n tc l n eiru i el u fc n t el o ru i el
Jn u . 20 07
参数 化 单 胞 计 算 三维 编 织预 制件 纤维 体 积 含 量
冯驰 , 晓 青 吴
( 津 工 业 大 学 先 进 纺 织 复 合 材 料 教 育 部 重 点 实验 室 , 天 天津 306 ) 0 10


在 PoE中 建 立 了三 维 编 织 预 制 件 的 内 部 单 胞 、 面 单 胞 和棱 角 单 胞 的 3 r/ 表 D实 体 模 型 , 对 模 型 进 行 了参 并
行 比较 , 理论计算 与实验结果吻合 良好 。计算 了扇环形 预制 件 的纤 维体积 含量 , 复杂外形 预制 件纤维 体积含 量 为
的 计 算 提 供 了新 方 法 。 关键词 纤 维 体 积 含 量 ; 数 化 ;内 部 单 胞 ;表 面 单胞 ; 角 单胞 参 棱
文献 标 识 码 : A 中 图分 类 号 :B 3 T 32
数 化设 计 。 当编 织 工 艺 参 数 改 变 时 能 自动 生 成 新 的 单 胞 模 型 , 胞 纤 维 体 积 由 PoE的 模 型 分 析 功 能 直 接 输 出 。 单 r / 提 出 了 基 于 参 数 化 单 胞 计 算 预 制 件 纤 维 体 积 含 量 的公 式 。计 算 了 长方 体 形 预 制 件 的纤 维 体 积 含 量 , 与 实 测 值 进 并

二维三轴编织复合材料预压单胞模型建立及其弹性规律数值预测

二维三轴编织复合材料预压单胞模型建立及其弹性规律数值预测

二维三轴编织复合材料预压单胞模型建立及其弹性规律数值预测张芳芳; 段永川【期刊名称】《《纺织学报》》【年(卷),期】2019(040)010【总页数】7页(P85-91)【关键词】体素网格; 刚度预报; 参数化单胞; 二维三轴编织; 复合材料【作者】张芳芳; 段永川【作者单位】燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004; 燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】TB332二维三轴编织复合材料由3个方向的纤维束在平面内相互编织而成,这样在不同角度下可兼顾材料的横向力学行为,有效克服传统层合板力学性能差的缺点。

由于编织复合材料中纤维束相互交织,因此,编织纤维束的截面形状在不同位置会发生畸变,构造实际的纤维束几何模型已十分困难,如果再对纤维束几何模型离散网格构造有限元模型更加困难。

目前多数学者都是基于一定的模型简化来构造编织复合材料的几何和有限元网格模型。

Tsai等[1]采用弹簧单元建立了简化的单胞网格模型,并对弹性力学参数进行了预测。

Miravete等[2]通过沿编织方向增加4条边界线,建立了简化的“米”字形单胞模型,虽降低了构造模型的难度,但也降低了复合材料弹性、损伤等力学性能的预测精度。

Benzley等[3]通过模拟对比得出,六面体单元具有更多的自由度和抗畸变能力,在力学性能预测时能得到更高的精度[4-5]。

Kim等[6]采用一种体素单元法建立了复合材料模型,该方法在表征复合材料两相材料的交界面时精度降低,但这种方法随着分辨率的提高,可消除这个问题。

Gao等[7]假设纱线横截面为矩形,建立出二维三轴编织预制件的动态几何模型。

严雪等[8]基于传统有限元建模方法建立了考虑纤维束弯曲扭转和空间交错特征的有限元模型,并预测了其弹性性能规律。

Kier等[9]假设纤维束横截面为椭圆形,编织纤维束路径为正弦曲线,利用CAD软件生动再现了二维三轴编织复合材料的几何模型。

三维编织复合材料预制件表面参数测量方法

三维编织复合材料预制件表面参数测量方法

三维编织复合材料预制件表面参数测量方法赵亮亮;张艳飞;朱雯彦;江会煜;裴蕾;肖志涛【期刊名称】《电脑知识与技术》【年(卷),期】2016(012)035【摘要】表面编织角和花节距是三维编织复合材料预制件的两个重要表面参数.提出基于霍夫变换和基于自相关的平均编织角和平均花节距的测量方法.首先通过基于“球积分光源+偏振片+CCD相机”的图像采集方案获得三维编织物原始图像,用偏微分方程滤除织物图像噪声,然后用相位一致性进行特征提取,并用霍夫变换进行直线提取,计算平均编织角;通过自相关变换计算平均花节距.实现了碳纤维材质的三维编织复合材料预制件平均编织角和平均花节距的自动测量.【总页数】4页(P292-295)【作者】赵亮亮;张艳飞;朱雯彦;江会煜;裴蕾;肖志涛【作者单位】天津工业大学电子与信息工程学院,天津300387;天津工业大学电子与信息工程学院,天津300387;天津工业大学电子与信息工程学院,天津300387;天津工业大学电子与信息工程学院,天津300387;天津工业大学电子与信息工程学院,天津300387;天津工业大学电子与信息工程学院,天津300387【正文语种】中文【中图分类】TP391.41【相关文献】1.基于霍夫变换的三维编织复合材料预制件表面编织角测量 [J], 肖志涛;吴善禅;朱雯彦;张芳;耿磊;吴骏;裴蕾2.三维编织复合材料预制件表面图像技术的研究 [J], 尹慧;李兰友3.三维编织复合材料预制件表面图象滤波与纹理分析研究 [J], 万振凯;李嘉禄;王晓生4.三维编织复合材料预制件表面图象计算机分析系统 [J], 万振凯;李嘉禄5.“基于小波变换的三维编织复合材料预制件表面纹理分析”通过市科委验收 [J], 李占生因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

三维五向编织复合材料单胞实体模型及参数化

三维五向编织复合材料单胞实体模型及参数化

三 维 编 织 复 合 材 料 优 良 的力 学 性 能 主 要 取 决 于 编 织预 制 件 中组分 材 料 的物 理性 质 及 纱线 编织 结 构 . 自2 纪 8 0世 0年代 以来 , 内外 对 三维 编 织 复 合材 料 国 的细 观结 构 进 行 了大 量 的研 究 工 作 , 取得 了很 大 的 并
了便 于应 用 数 化 ;三 维 五 向 ; 织 ;复合 材 料 ; 胞 P OE; 编 单
中 图 分 类 号 : S0 . ;B 3 T 1 26 T 3 2 5 文献 标 识 码 : A 文 章 编 号 :1 7 — 2 X(0 8 0 — 0 1 0 6 1 0 4 2 0 )5 0 0 — 3
Pa a e e ie i e lo D i e r m t r z d un tc l f3一 fv —die t0 lbr i d c m po ie r c i na a de o st s
L i— h o,C I n ca J HE L N i
( e aoaoyo A vn e eteC m oi tr l o ns f d ct n Taj o tcncU iesy Taj K yL b rt f da cdT x l o ps eMa i s f ir o u a o, i i P l eh i nvr t i i r i t e a Mi t y E i nn y i, n n
进展. 自从 P n e [ 过 C D建 模模 拟 三 维 编织 纤 维 a d yl 通 A
和 纱 线空 间 的交织 情 况 与 规律 , 得 在 编织 物 织造 前 使
就 可 动态 地 观 察 到编 织 物 的形 成 过程 和 空 间结 构 ; 冯 驰 等 l 于 纱 线 实 际 尺 寸 , 建 立 三 维 编 织 预制 件 单 8 _ 基 在

四步法三维编织复合材料力学性能的有限元分析

四步法三维编织复合材料力学性能的有限元分析

四步法三维编织复合材料力学性能的有限元分析本文提出了一种新的单胞模型,并采用有限元法分析了三维编织复合材料的力学性能。

本文给出了一种三维编织预制件的纱线编织结构的分析方法,得出了编织纱线的运动规律。

编织纱线由携纱器携带,沿携纱器的运动趋势线方向运动。

采用最小二乘法分段对携纱器的相关运动位置点进行拟合,得到编织过程中纱线的空间运动规律,在此基础上,获得的预制件结构的单胞模型,包含内部单胞,表面单胞和棱角单胞。

单胞的取向平行于预制件的表面。

并建立了编织工艺参数和几何结构参数的关系,通过实验验证,证明了工艺参数和几何结构参数之间关系的正确性。

本文在上述几何模型的基础上,建立了有限元的分析模型并进行数值计算来预报三维编织复合材料的弹性模量。

对于三维编织复合材料来说,其划分的单元内既含有基体材料又含有纤维束材料,而且两种材料间还存在界面。

对于这类单元难以用通常的有限元方法进行分析。

因此本文提出了一种新的离散单元模型,将细观单胞作为离散单元对三维编织复合材料进行宏观网格剖分,然后对细观单元进行分析。

根据结构单胞模型,将长方体单胞理想化为加强筋单元,即由一个各向同性弹性基体材料长方体和不同取向具有单轴刚度的纤维单元叠加而成。

并推导了加强筋单元的刚度矩阵,在给定的边界条件下,得出三维编织复合材料的模量。

通过相应软件的编制,使得只要输入相应的编织工艺参数,便可快速,及时准确的做出预报。

并进行了实验验证,预测结果和实验结果吻合较好,证实了三维编织复合材料弹性模量预报的精确性。

基于ABAQUS的三维四向编织复合材料参数化有限元建模

基于ABAQUS的三维四向编织复合材料参数化有限元建模

基于ABAQUS的三维四向编织复合材料参数化有限元建模姜慧;李旭东;王刚【摘要】三维编织复合材料广泛应用于航空航天、生物医学工程以及汽车工业等领域.在已有RVE模型的基础上提出了完整的单胞模型,并以ABAQUS软件为平台,使用Python语言编程建立三维编织复合材料增强相RVE模型.在ABAQUS环境下再现了编织体的几何信息,为后续的分析计算工作奠定了基础.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2012(028)009【总页数】3页(P56-58)【关键词】有限元建模;三维四向编织;ABAQUS;RVE【作者】姜慧;李旭东;王刚【作者单位】兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TB332三维编织复合材料是三维编织技术和现代复合材料相结合的产物,其具有厚度方向强度及剪切性能高等优异的结构完整性性能,结构设计灵活,倍受工程界和学术界的关注,逐渐应用于航空、航天、民用建筑及医疗等领域[1]。

随着计算机运行速度的提高,计算机模拟技术正以其高效率、低成本的优势,成为现代科研、设计与制造过程中不可缺少的技术手段。

通过计算机模拟的手段来实现对现代先进材料的设计、制备以及性能预测,已成为国内外较普遍的研究方式。

计算机仿真的前提条件就是要在计算机上建立合理的三维编织复合材料的编织结构模型。

目前,国内外已有这方面的研究,主要运用有限元软件ANSYS,通过APDL 程序编程绘图,或用计算机绘图软件绘制如Solidworks、3DMAX[2-3]。

ABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件,可以分析复杂的固体力学、结构力学系统,特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题[4]。

以ABAQUS软件为平台,使用Python语言编程建立三维编织复合材料增强相RVE模型。

二步法方型三维编织预制件编织结构参数与工艺参数

二步法方型三维编织预制件编织结构参数与工艺参数

文章编号:100023851(2003)022*******收稿日期:2001209214;收修改稿日期:2002203204基金项目:教育部科研重点项目(00135)作者介绍:李嘉禄(19472),男,教授,主要从事三维纺织复合材料方面的研究工作。

通讯作者:李嘉禄,E 2m ail :lijialu @tj pu .edu .cn二步法方型三维编织预制件编织结构参数与工艺参数李嘉禄,孙 颖(天津工业大学复合材料研究所,天津300160)摘 要: 以比较真实的细观结构为基础,本文作者运用“单元体叠加法”,通过具体推导编织结构参数和工艺参数之间的关系,提出一套准确的编织工艺计算公式用于指导实际生产的工艺设计。

同时,进行了许多设计的实验,有效地验证了所得到的结构参数和工艺参数之间关系的正确性。

关键词: 二步法方型三维编织;复合材料;单元体;编织角;节距长度;纤维体积含量中图分类号: TB 332;TB 330.1 文献标识码:ABRA I D I NG STRUCTURE PARA M ETERS AND PR OCESS PARA M ETERSOF THE T WO -STEP RECTANG L E 3D BRA I D E D PREF OR ML I J ialu ,SUN Ying(Composites R esearch Institute of T ianjin Polytechnic U niversity ,T ianjin 300160,Ch ina )Abstract : O n the basis of the relatively true m icrostructure ,utilizing the m ethod of p iling up the u 2nit cells ,the relati onsh i p s betw een geom etric structure para m eters and braiding p rocess para m eters are derived in th is paper in order to p rovide the dependable theoretical for m ula foundati on for p ractical p rocess design .A t the sa m e ti m e ,s om e experi m ents are used to test and verify the accuracy of the re 2lati on sh i p s betw een the geom etric para m eters and the braiding p rocess para m eters effectively .Key words : two 2step rectangle 3D braiding ;compo sites ;unit cell ;braiding angle ;p itch length ;fiber vo lum e fracti on 二步法三维编织复合材料是三维编织复合材料的一种,它以独特的结构和优越的力学性能在纺织复合材料领域中占有一席之地[1]。

三维五向及全五向编织复合材料的三单胞结构模型

三维五向及全五向编织复合材料的三单胞结构模型

Ab s t r a c t : Ba s e d o n t he f ou r — s t e p b r a i d i ng p r o c e s s a nd t h e mo t i o n l a w o f ya r n c a r r i e r s,t he s pa t i a l mo v e — me n t t r a c e s of b r a i d i n g y a r n s a r e s t u d i e d f o r 3 - D f i v e — — d i r e c t i on a l a n d f u l l f i ve . di r e c t i on a l b r ai d e d c o mp o s — — i t e s .And t he t op o l o gy g e o me t r i c a l mo de l s f or t he i n t e r i or ,s ur f a c e a nd c or n e r r e g i o ns o f t h e p r e f o r m a r e e s t a bl i s h e d.Th e s p a t i a l y a r n p a t h i s f i t t e d by a s e r i e s o f p o s i t i o n no d e s a nd l i ne a r i nt e r po l a t i o n f u nc t i o n
A pr . 2O 13
As t r o na u t i c s
三维 五 向及 全 五 向编 织 复合 材 料 的三 单胞 结构 模 型
张 超 许希 武 严

三维五向及全五向编织复合材料的三单胞结构模型_张超

三维五向及全五向编织复合材料的三单胞结构模型_张超

材料层间强度低 、 易 分 层 的 致 命 弱 点; 且具有抗冲 击、 抗 损 伤、 耐 磨 损、 缺 口 欠 敏 感、 近净截面设计制
第 2 期
张 超, 等: 三维五向及全五向编织复合材料的三单胞结构模型
1 7 1
造等诸多层合复合材料不具备的优点 , 在以航空航 天为代表的高新技 术 领 域 具 有 十 分 广 阔 的 应 用 前 景。 三维四向编织复合材料显著改善了材料厚度 方向的力学性能 , 但同时其面内力学性能也有明显 下降 。 为了强化 编 织 成 形 方 向 材 料 的 面 内 力 学 性 能, 研究发展了三维五向编织复合材料 。 三维五向 织造 编织复合材料是以三维四向编织工艺为基础 , 过程中在各行编织 纱 中 间 沿 轴 向 加 入 了 不 参 与 编 织的第五向纱 ( 称为轴向纱) 而形成的一种新的整 体编织结构材料 。 由于轴向纱的引入 , 提高了材料 的轴向力学性能 , 为编织结构材料作为主承力构件 提供了基础 。 但 现 有 的 三 维 五 向 编 织 结 构 中 存 在 限制了其轴向力学性能的 较多无轴纱占据的空位 , ] 进一步提升 。 文献 [ 提出了三维全五向编织结构 1 通过在三维五向编织预成形件的所有空位 的概念 , 处增加轴向不动 纱 , 以 消 除 轴 向 空 位, 提高材料的 纤维体积含量 。 制 成 的 三 维 全 五 向 编 织 复 合 材 料 能够有效地弥补三维四向 、 五向编织材料轴向力学 性能的不足 。 目前 , 关于三维五向编织复合材料的研究已经 取得了一定的研 究 成 果 , 包 括 几 何 模 型、 内胞实体 模型 的 建 立 性能的分析
三维五向及全五向编织复合材料的三单胞结构模型
张 超 许希武 严 雪
( ) 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室 , 南京 , 2 1 0 0 1 6 摘要 : 针 对 三维五 向 及 全 五 向 编织复合材料 , 基 于 四步 法 编织工艺携纱器 的运 动规律 , 研究了 各 单 胞 区 域 纱 线 的 运 动轨迹 和 空 间走 向 , 给 出了 材料内胞 、 面胞 和角 胞 的 纱 线 拓 扑 结 构 。 通 过 给 定 一 系 列 的 位 置 节 点 和 节 点 间 线 性 插 值 函 数的方法 来描述纱线 空 间轨迹 。 考虑纱线间 的 相互挤压 状 况 , 在 假设编织纱 和 轴纱 横 截 面 形 状 分 别 为 扁 平 椭圆 形 和 正 方 形 的 基础上 , 系 统 建 立了 三维五 向 及 全 五 向 编织复合材料 的 三 单 胞参 数 化 结 构 模 型 。 给 出 了 两种编织材料 的 纤维体积含 量 计 算 公式并 进行了对 比 分 析 , 明确了三维全五向 编 织 复 合 材 料 的 轴 向 性 能 优 势。 分析了 三维五 向 编织材料 的表 面多胞 结 构 及 三维 全 五 向 编 织 材 料 的 内 胞 截 面 图 , 并 与 实 际 试 件 结 构 进 行 对 比, 结果表 明 本 文 所 建 模型合理准确 。 关键词 : 三维五 向 ; 三维 全 五 向 ; 编织复合材料 ; 三单胞; 结 构模型 ; 参数化 ( ) 中图分类号 : T B 3 3 2 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 5 2 6 1 5 2 0 1 3 0 2 0 1 7 0 0 9 - - -

三维五向编织复合材料的力学性能分析细观结构模型

三维五向编织复合材料的力学性能分析细观结构模型

三维五向编织复合材料的力学性能分析:细观结构模型1李金超,陈利*,张一帆,孙菲天津工业大学复合材料研究所,天津市和教育部共建先进纺织复合材料重点实验室,天津 (300160)E-mail:chenli@摘 要:建立合理的三维编织复合材料的细观结构模型,对其力学性能的有限元分析具有重要影响。

在实验观察基础上,建立了三维五向编织复合材料的单胞模型,该模型合理地反映了纱线的交织状态和截面形状。

基于该模型建立了编织工艺参数之间的几何关系。

将预制件的外型尺寸和体积含量的计算值与实测值进行比较,吻合较好。

关键词:复合材料;编织复合材料;三维五向;单元胞体中图分类号:TB3321.引言随着三维编织复合材料应用的日益广泛,为了准确预测其力学性能,对其细观结构的深入研究显的尤为重要.特别是随着计算机的快速发展,利用有限元方法进行力学分析越来越广泛。

以往三维编织复合材料细观结构的研究主要集中在三维四向编织结构上[1-5],而三维五向编织复合材料由于第五向轴纱(以下简称为轴纱)的加入,纱线交织以及纱线间的挤压变形更为复杂,相关研究较少。

李典森[6]在分析了三维五向编织物纱线运动规律的基础上,建立了三维五向编织结构的单胞模型,并推导了有关参数之间的关系,但其轴纱椭圆横截面假设与实验观察存在较大差异。

陈利[7]通过对三维五向编织复合材料的截面进行观察,分析了编织物纱线的排列规律及其截面形态的变化,为进一步研究材料的细观结构模型提供了依据。

本文以成型后的编织复合材料为研究对象,在实验观察的基础上,基于纱线运动规律及横截面形状变化,推导了编织工艺参数之间的关系, 建立了三维五向编织复合材料的有限元单元胞体模型,为进一步的有限元分析奠定了基础。

2. 三维五向编织原理三维五向编织复合材料是在三维四向编织复合材料的基础上, 在编织过程中引入沿编织成型方向伸直不动的轴纱而形成的一种新的整体编织结构。

通过加入轴纱, 可以有效提高材料沿编织成型方向的刚度、强度等性能。

三维五向管状编织物的几何建模及纤维体积百分含量预测

三维五向管状编织物的几何建模及纤维体积百分含量预测

第30卷第3期2009年6月河南科技大学学报: 自然科学版Journal of Henan University of Science and Technolog y: Natural ScienceVol. 30 No. 3Jun. 2009文章编号: 1672 - 6871 ( 2009) 04 - 0016 - 04 三维五向管状编织物的几何建模及纤维体积百分含量预测马文锁,杨耀臣(河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003)摘要:基于编织物的对称性,建立了简化单胞几何模型来描述三维五向圆型编织物的几何特性。

通过对三维五向圆型编织物的结构单胞形态及单胞的分布方式进行研究,推导了单胞几何结构与编织工艺参数之间的理论公式,详细分析了各个参数之间的变化关系。

并通过预测单胞的纤维体积百分含量,研究了编织工艺对该编织复合材料纱线体积百分含量的影响。

关键词:三维五向圆型编织;单胞几何模型;纤维百分含量中图分类号: TB332 文献标识码: A0 前言三维编织复合材料具有良好的综合性能指标,如高的比强度、比模量、高的损伤容限和断裂韧性,耐冲击、不分层、抗开裂和疲劳,制件可一次成型复杂的零部件,受到航空航天领域材料研究者的重视[ 1 ] 。

管状回转体三维五向编织复合材料部件对高性能航天飞行器的研究和发展具有更重要的意义。

要准确预测三维编织复合材料的宏观力学性能,正确地描述其细观结构的几何特性是必须首先开展的研究工作。

为此人们进行了大量的研究工作,建立了不同细观结构的三维编织复合材料的单元胞体模型。

文献[ 2 ]研究了编织纱线在空间的运动轨迹,建立了新的单元体模型。

文献[ 3 ]描述了纱线在不同区域的单胞形状,并建立了几何结构模型。

文献[ 4 ]通过C AD 建模来描述三维编织纤维复合材料的代表性单元体,描述了复合材料的内部复杂几何结构。

文献[ 5 ]描述了用计算机辅助设计专用工具软件建立单胞几何模型,探讨了力学分析可行性。

三维编织复合材料细观结构建模关键问题研究

三维编织复合材料细观结构建模关键问题研究

三维编织复合材料细观结构建模关键问题研究
刘帅;王真;卢国盛;刘芳;沈敏
【期刊名称】《复合材料科学与工程》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】基于细观力学的数值分析方法是研究三维编织复合材料力学性能的有效方法,其中细观模型的建立是力学分析的基础。

纤维束的空间走向和细观结构几何参数表征是细观结构建模中的两个关键问题。

围绕这两个关键问题,针对三维四向编织复合材料的三单胞模型开展研究,全面分析了单胞45°划分方式和水平划分方式中纤维束的各种空间走向,获得了详细的三单胞的纤维束方向余弦;针对三种形状的纤维束横截面,分析推导了编织工艺参数与单胞几何参数的复杂关系,利用编织工艺参数作为初始参数对单胞结构进行定量化表征,并获得了纤维束体积分数和纱线填充系数的计算方法。

研究工作为三维多向编织复合材料的细观结构建模提供理论参考,具有一定的工程实用价值。

【总页数】9页(P13-21)
【作者】刘帅;王真;卢国盛;刘芳;沈敏
【作者单位】武汉纺织大学机械工程与自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
【相关文献】
1.三维编织复合材料横向冲击变形与细观结构关系
2.三维编织预成型体的织造及三维编织复合材料细观结构研究进展
3.三维编织复合材料的细观结构及力学性能研究
4.三维编织复合材料细观几何建模及动态力学性能的研究进展
5.三维五向编织复合材料的一种改进细观三单胞建模
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三维机织复合材料单胞模型各向异性的有限元分析

三维机织复合材料单胞模型各向异性的有限元分析

定。相比于传 统 的层合 板结构 和二维机 织复 合材 料, 三维机织物预制体 中弯曲的经纱在织 物厚度方 向上 的分 量 增 强 了复 合 材 料 在 厚 度方 向上 的性 能 4 J 。 由于三 维机 织 复 合 材 料 在 厚 度 方 向上 具 有
更强 的剪切 强度 , 并 且 同时具 有 耐 冲击 、 不 易分 层 等 优点 , 其 不 仅在 军 事 领 域 , 而且 在 建 筑 、 交通 、 国防 、 航 天航 空等 领域 有 着 巨大 的应用 潜力 。 在 理想 的状 态 下 , 三维 机 织 复合 材 料 在 空 间上 是 由许 多个 重 复循 环 的单胞 结构 组成 的 。在 承受 载 荷作 用 时 , 复合 材料 中的单 胞结 构 间发 生相 互 作 用 , 进 而在 宏观 角度 上 表现 为复 合材 料 的力 学 行 为及 力 学 性能 ’ m J 。传 统 实验 方 法对 于 复合 材 料 单胞 结 构 的力学 性 能分 析存 在 困难 , 所 以更 多 的专 家 和 学 者 选 择使 用数 值模 拟 的方 法对 复 合材 料单 胞 结 构进 行 力学 性 能分 析 [ 】 ] 。张 典 堂 等 使 用 纤 维 嵌 入 矩 阵 单胞 有 限元方 法 评估 了三维 编织 复合 材 料 的力 学
元 模 拟方 法 具 有更 加 灵 活 的 可设 计 性 和 准 确 性 , 所
制备的三维机织物 预制体增 强树脂基 体 的复合 材
料¨ _ 3 _ 。三 维机 织 物 预制 体 由弯 曲 的 经纱 和 伸 直 的 纬纱 组成 , 其 中弯 曲 的 经纱 通 过 捆绑 作 用 将 纬 纱 固
摘要 :使 用三 维绘 图软 件 P r o / E绘制 出三 维浅 交弯联机 织 复合材料 数 字化 结构模 型 , 借 助 大型有 限元 分析软 件 A N S Y S

三维机织正交结构复合材料的参数化设计

三维机织正交结构复合材料的参数化设计

三维机织正交结构复合材料的参数化设计冯兆行;田伟;马雷雷;刘鹏;祝成炎【摘要】为对三维机织正交结构复合材料的力学模拟分析提供一种模型,通过观察3层机织正交结构复合材料预制件的细观几何结构,分析其最小重复单元中纱线间的几何位置关系,探讨细观结构中几何参数与宏观设计参数的关系.在此基础上,利用Pro/Engineer软件对复合材料预制件进行参数化设计,建立三维机织正交结构预制件的通用几何模型.通过对比三维机织正交结构复合材料的实际结构与模型结构以及纤维体积分数,验证了该模型的合理性.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2010(031)012【总页数】5页(P59-63)【关键词】正交结构;参数;模型;复合材料【作者】冯兆行;田伟;马雷雷;刘鹏;祝成炎【作者单位】浙江理工大学,先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江,杭州,310018;浙江理工大学,先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江,杭州,310018;浙江理工大学,先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江,杭州,310018;浙江理工大学,先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江,杭州,310018;浙江理工大学,先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江,杭州,310018【正文语种】中文【中图分类】TB332三维机织复合材料是将纤维预制件作为增强体的复合材料。

它是靠接结经纱在织物的厚度方向将若干层重叠排列的经纬纱接合起来,使之成为整体性能良好的三维结构织物[1]。

随着复合材料的广泛应用,对三维机织复合材料的研究越来越重视。

然而,三维机织复合材料的制作是一个繁琐的过程,大大影响了其研发周期。

利用有限元对复合材料进行模拟实验,可科学地预测实验结果,指导复合材料的深入研究。

三维机织复合材料的细观结构直接影响其宏观性能,因此客观地刻画其细观几何结构成为有限元分析的关键[2]。

在有限元软件中直接建立合理准确地模型比较困难,首先要在CAD软件中建立细观的几何模型,然后将模型与有限元分析相互结合,从而达到优势互补、资源共享的目的[3]。

三维正交机织圆管织物的试织及其单胞模型

三维正交机织圆管织物的试织及其单胞模型
Key W ords W arp,W eft,Normal Yarn,Three—dimensional Orthogonal W oven Tubular Fabric,Unit Cell M odel,Geom etrical Param eter
1 问题 的提 出
三维 机织 增 强 复合 材 料 由于 其 比强 度 高 、结 构稳 定 、可设计 性 强 等 优 点 而 被广 泛 应 用 于 航 空 航 天 、民用 基 础 设施 等领 域 。与层 合 复 合 材 料 相 比,三 维机 织复 合 材 料 因其 厚 度方 向增 强 纤 维 的 存 在 ,有效 地改 善 了层合 复合 材料 易分 层 、抗 冲击 性 差 等缺 陷l_1 ]。
摘 要 : 探讨三维正 交机 织圆管织物 单胞模 型的 建立方 法。通 过分析 三 维正交机 织圆管 织物 经向 、纬向 和 法 向 断 面显 微 照 片 ,建 立 了 织物 细观 单胞 模 型 ,利 用 几 何 模 型 公 式 推 导 建 立 了 织 造 工 艺 参 数 与 几 何 结 构 特 征 参 数 之 间 的理 论 关 系 ;计 算 了每 层 经 纱 的厚 度 、织 物 层 数 、织 物 厚 度 以 及 纤 维 体 积 含 量 ,并 与 织 物 参 数 实 际 值 进 行 了对 比 。 结果 表 明 :计 算 结 果 与 实 际值 间 有 良好 的 一 致 性 。认 为 :所 建 三 维 正 交 机 织 圆 管 织 物 单 胞 模 型 较 为
合 理 、有 效 。
关键 词 : 经纱 ;纬 纱 ;法 线纱 ;三 维正 交机 织 圆管织物 ;单胞模 型 ;几何 参数 中 图 分 类 号 :TS106.6 文 献 标 志 码 :B 文 章 编 号 :1001—7415(2016)06—0023—0பைடு நூலகம்

菱形结构编织预制件参数化单胞

菱形结构编织预制件参数化单胞

菱形结构编织预制件参数化单胞
刘伟; 宋建华; 崔友国; 吴晓青
【期刊名称】《《纤维复合材料》》
【年(卷),期】2017(034)004
【摘要】二维编织技术因其优异的可设计性、高度自动化控制过程,被国外用于各种复杂异型复合材料的制备,参数化单胞模型是研究、预报力学性能和设计的基础。

本文假设了透镜型纤维束横截面和波浪型纤维路径,使用CATIA软件建立了参数化的菱形编织结构单胞,并分析了不同编织角度下的纤维束走向、单胞形貌和纤维束
特征的变化。

【总页数】4页(P9-12)
【作者】刘伟; 宋建华; 崔友国; 吴晓青
【作者单位】天津工业大学纺织学院天津300387; 恒润集团有限公司石家庄050000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.三维编织预制件单胞模型的参数化 [J], 冯驰;吴晓青
2.三维五向及全五向编织复合材料的三单胞结构模型 [J], 张超;许希武;严雪
3.二步法方型三维编织预制件编织结构参数与工艺参数 [J], 李嘉禄;孙颖
4.三维方型编织预制件的纱线编织结构 [J], 陈利;李嘉禄;李学明;邱冠雄
5.参数化单胞计算三维编织预制件纤维体积含量 [J], 冯驰;吴晓青
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1 3 棱角单胞模型
在 P ro /E 中建立的棱角单胞如图 4 所示, 有两
种单胞 a、b, 每种单胞内只有一种取向的编织纱线。 定义棱角编织角 为棱角区编织纱线与成型方向的
夹角。单胞外形尺寸为:
W c = 2d / cos
பைடு நூலகம்
T c = d / cos
( 3)
其中, Wc 为棱角单胞长; T c 为棱角单胞宽。
F ig. 2 Surface structure of pre form
编织角 。其外形尺寸为:
W s = 2d / cos
T s = d / cos
( 2)
其中, W s 为表面单胞长; T s 为表面单胞宽。图
3为在 P ro /E中建立的表面单胞。
图 3 表面单胞
F ig. 3 Su rface un it ce llm odel
图 4 棱角单胞 a 棱角单胞 b F ig. 4 Corner un it ce llm ode l a Co rner unit ce ll model b
FRP /CM 2007 N o 2
14
三维编织预制件单胞模型的参数化
2007年 3月
2 单胞模型参数化
2 1 单胞模型参数化关系 至今为止, 对于三维编织物单胞模型的建立都
本文将在 李典森等提出的 三维五向单胞 基础 上, 在 P ro /E 中实现三维四向理想化单胞模型的建 立, 包括内部单胞、表面单胞 和棱角单胞的 实体模 型; 从编织原理出发, 分析编织工艺参数间的关系, 对单胞模型进行参数化设计。
1 基于 Pro /E 建立单胞模型
为了对三维编织制件进行细观结构分析, 对编 织过程做以下理想化状态假设: ①编织工艺相对稳 定, 编织结构均匀一致; ②预制件内部纱线为相同材 料且具有相同的尺寸和柔性, 纱线张力足以使其保 持无屈曲状态, 即所有纱线都呈直线分布; ③纱线横 截面在编织过程中以及在制件内部均为圆形, 且均
结构的纤维预制件来说, 在典型的可重复结构即单 胞中包含决定纺织复合材料可成型性、渗透性和最 终性能的重要工程参数: 纤维体积含量和纤维取向 角。因此, 大多采用单胞分析法对其进行分析。三 维编织技术是二维编织技术的扩展, 编织时纱线通 过位置转换实现相互旋转或正交交织形成具有整体 结构的织物。其独有特征是能够在复合材料的厚度 方向提供增强作用, 同时还具有复杂制件的可成型 性。因此, 三维编织预制件是一种在单胞 3个方向 上都有纤维取向排列的纺织结构。这种复杂的空间 结构给细观研究带来了一定的难度。国内外在细观
对于内部单胞需要参数化转换的为内部编织角 和花节长度:
= arctan( 2tan )
( 4)
其中, 为编织角; 为内部编织角。
h=
2 2d tan
( 5)
其中, h 为花节长度; d 为纤维束半径。
对于表面单胞, 需要参数化转换的为表面编织
角和花节长度。花节长度如公式 ( 5) 所示与内部单
胞同理。表面编织角与编织角的关系为:
= 5 、10 、30 、45 图 5 参数化内部单胞模型 F ig. 5 P arame terized inter ior un it ce llm ode l
3结 论
( 1) 从编织原理出发, 分析纱线的编织走向, 在 Pro /E 中以实体建模的方式, 建立 三维四向编织预 制件的内部单胞、表面单胞和棱角单胞模型;
制件模型建立的最终目的是进行力学等性能的 研究。因此不同编织角度下单胞模型的获得是分析 的前提和基础, 真实反映单胞尺寸和随编织角改变 而自动更新单胞结构对于缩短研究周期, 得到精确 的分析结果尤为必要。 P ro /E 的 3D 实体模型将用 户的设计思想在计算机上真实地表现出来 [ 8] , 参数 化设计是指设计模型本身包含约束其几何构型的一 组结构尺寸序列, 参数与设计对象的尺寸有对应关 系。参数序列取不同的值时可通过对应关系生成新 的几何模型。通过参数化设计, 模型尺寸不再是一 个单一的数值, 而是包含设计意图的一个函数。模 型也成为包含设计信息的可动态变化模型。该模型 能展现一系列符合设计要求的造型, 且变化具有设 计函数要求的连续性。按上述由编织原理得到的单 胞参数转化关 系, 完 成在 Pro /E 中的 参数化设 定。 图 5所示为编织角 5 、10 、30 、45 时的内部单胞模 型。该图中所展示 的编织角为 5 、10 时的 内部单 胞模型是实际编织中不常见的编织结构, 但在参数 化单胞模型中得到了实现。
由平面控制区控制的空间纱线走向将形成单胞内纱
线交织结构。根据控制区所在位置的不同, 划分出
内部单胞、表面单胞和棱角单胞。图 1为在 P ro /E
中建立的内部单胞模型, 其中定义内部编织角 为
内部编织纱线与织物成型方向的夹角。单胞的外形
尺寸与纤维束直径的关系为:
Wb = T b = 2d / cos
给出了三维五向编织物的细观结构, 但该单胞的选 取与预制件表面成 45度夹角, 给力学等问题的分析 带来了困难。陈利 [ 5] 等提出 的三维四向预 制件平 行表面单胞为力学分析带来方便, 对纱线编织走向 的描述也更为具体, 是一种较先进的单胞结构。李 典森 [ 6] 等建立了一种三 维五向整体编织的 单胞模 型。其单胞的选取与制件表面平行, 单胞中体现了 纱线在编织过程中走向的偏移。三维编织细观结构 的研究日益趋于细致准确地反映真实构型。但以上 建立的单胞模型仅在编织原理分析的基础上给出了 模型的示意图, 大多数模型的选取与制件成一定的 角度, 不利于力 学等编织物物 理性能的研究 分析。 纱线被描述为没有细度的直线, 编织工艺参数的关 系在模型中未能可视地表现出来, 因此不能从细节 上真实地反映单胞的实际构造。
三维整体编织过程中编织纱线由携纱器携带,
以排和列的形式分布在编织机机床上。编织过程由
排和列的间歇式运动实现, 预制件成型于编织机机 床上方。某纱线从一个位置运动到另一位置时, 这
根纱线在轴向运动了一个轴向距离, 定义为花节长
度, 以 h 表示。在水平面上编织纱线的轨迹为携纱
器轨迹中点的连线, 编织物内部将形成纱线控制区,
( 1)
其中, Wb 为内部单 胞长; T b 为内 部单胞宽, 根
据建模假设, 该关系在编织过程及制件内部保持不
变; 为编织纱线在横截面上的投影和预制件厚度
方向的夹角。定义为水平取向角。
图 1 内部单胞 F ig. 1Inter ior unit cellmode l
1 2 表面单胞模型 按上述编织步骤编织成立体编织物后, 即为四
( 2) 分析了编织工艺参数间的关系, 对单胞模 型进行了参数化设计, 内部编织角、表面编织角、棱 角编织角、花节长度等编织工艺参数都与编织角建 立转化关系, 编织角改变时能实现单胞模型的自动 生成, 高效准确地获得理想的织物结构模型, 为进一 步研究三维编织复合材料的性能提供了易于分析的 理论模型;
只是示意图, 并未反映具体编织参数在模型中的关 系, 在某一确定编织参数下的编织结构也不能真实 地、等尺寸地显示出来。对于三维编织物来说可以 想象在内部每根纱线都缠绕其横截面与纱线轨迹相 类似的一柱形芯棒, 并同时沿轴前进。编织物纱线 沿长度方向按预定 路线转移。空 间的位置很难 确 定, 空间内的参数也很难通过想象而真实准确地获 得。利用 Pro /E 实体建模功能反应了单胞的真实尺 寸, 实现细观结构的建立, 进一步可应用于软件中的 参数化设定, 完成一系列编织工艺参数下单胞模型 的自动生成。其参数化转换将从编织原理出发, 分 析各参数之间的关系找到合适的公共参数。 h 和 这两个参数与立体编织物的微观结构密切相关, 是 可直接从编织物表面获得的工艺参数值。因为内部 编织角、表面编织角和棱角编织角都是编织角的函 数, 通过表面上可测量的编织角进行换算。在 P ro / E 中针对某一确定的编织角建立模型后, 对各单胞 内与其相关联的内部编织角和花节长度进行参数化 设定, 编织角改变时, 仅需输入新的角度, 单胞建模 需要的其他值将相应随之改变。该编织工艺参数下 的单胞模型自动生 成。对每种单 胞的参数化操 作 如下:
的纤 维将 为 实际 尺 寸。 以日 本 东 丽公 司 生 产 的
T300、6k碳纤维为例。根据文献 [ 7], 计算纤维束等
效直径为 0. 5352mm。以四步法 1 1方型编织预制
件为例, 从编织原理出发, 在 P ro /E 中构建了内部单 胞、表面单胞和棱角单胞的 3D实体模型。
1 1 内部单胞模型
关键词: 参数化单胞; 内部单胞; 表面单胞 ; 棱角单 胞; Pro /E 中图分类号: T S184 1+ 1 文献标识码: A 文 章编号: 1003- 0999 ( 2007) 02- 0012- 04
纤维预成型体是复合材料构件的骨架。预成型 体中的纤维取向和纤维体积含量将进一步影响基体 渗透率和固化能力以及复合材料制件中纤维性能向 复合材料的传递效率。因此, 对复合材料的研究将 首先集中在对编织结构的分析上。对于具有周期性
结构单胞 的建立 上做了 一定的 工作。 80 年代初, F rank K. K o. [ 1] 首先提出了一种三维编织复合材料 的单元体理想模型。该模型简化了对三维制件的结 构研究, 但将纤维看作没有细度的直线而相交于一 点是不合理的。W. L i和 M. H amm ad等 [ 2] 认为制件 内部可划分为两组平行平面的彼此正交, 两平面内 4 组 相 互 平行 的 纤 维束 彼 此 跨过。 You Q i W ang 等 [ 3] 对单元体的取法与 L i相同, 但 W ang 将内部单 元体细分为两种单元体, 并进一步分析了角及边部 纱线结构的不同, 分别建立了角单元和边单元, 但该 模型中纤维束依旧 为无细度的直线。李嘉禄等 [ 4]
步法编织物的表面状态, 如图 2 所示。 角是直接 在编织物表面上测量出的纱线倾斜角, 称为编织角。 从图 2可以看出, 倾斜方向相同的编织纱线所形成 的编织纹理方向与成型方向的夹角是编织前可设定 好的参数。纱线在制件边缘位置的运动规律与内部 有所不同, 定义编织纱线与编织轴向的夹角为表面
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