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申请/专利权人：北京市科学技术研究院分析测试研究所(北京市理化分析测试中心)

摘要：本发明公开了一种平纹编织复合材料跨尺度力学性能评价方法，针对碳纤维拉挤板材采用平纹编织复合材料粘接的结构，在细观尺度考虑了纤维和基体的本征力学行为，在介观尺度反映了编织结构的影响并融合了多种失效机理，并通过细观尺度、介观尺度和宏观尺度之间跨尺度参数传递，采用基于细观失效机制的跨尺度失效方法预测其结构刚度及强度，能够预测编织复合材料在不同加载模式下的失效机制和强度极限，解决了宏观细观单尺度预测方法不考虑编织复合材料内部纤维基体分布的问题，能够对编织复合材料粘接碳纤维拉挤板材的风电大梁结构制定相应的精细化设计仿真模型，在材料选型和结构匹配方面可以提高效率，降低成本。

主权项：1.一种平纹编织复合材料的跨尺度力学性能评价方法，其特征在于，所述跨尺度力学性能评价方法至少包括以下步骤：SS1.织物板材截面显微观测通过对平纹编织复合材料织物板材的截面进行纤维束显微观测，获取纤维束的几何尺寸和分布参数，包括纤维束长轴宽度、纤维束短轴宽度、纤维直径、纤维束间距、纤维束总面积及纤维束内纤维数量；SS2.细观单胞模型建立基于纤维束显微观测数据建立包含纤维和基体的细观单胞模型，按照纤维和基体的材料类型分别预设其初始材料属性，通过对细观单胞模型施加边界条件和加载不同方向的介观应力，获取不同加载工况下纤维和基体的微应力分布，继而计算出细观单胞模型的整体刚度即纤维束的刚度参数，同时提取出因纤维失效及基体失效而导致刚度衰减后的应力分布情况；SS3.介观微元模型建立基于纤维束显微观测数据建立包含平纹编织模式排列的由经向纤维束、纬向纤维束及纤维束间树脂组成的介观微元模型，将步骤SS2中计算得到的纤维束刚度参数并结合大块树脂的材料属性代入介观微元模型中，计算织物板材的结构刚度，并将计算结果与织物层板的试验数据进行对比验证，根据对比验证结果反推修正细观单胞模型中纤维和基体的细观弹性常数；SS4.细观-介观应力转换参数提取基于修正纤维和基体细观弹性常数后的细观单胞模型提取细观-介观应力转换参数，包括由于纤维与基体力学性能差异导致的机械应力放大系数矩阵和由于纤维与基体热膨胀系数不同导致的热应力放大系数矩阵，通过对单胞模型分别施加介观尺度机械应力和热应力以分别计算机械应力放大系数矩阵和热应力放大系数矩阵，同时当纤维或基体性能衰减后，重新计算机械应力放大系数矩阵和热应力放大系数矩阵，最终提取出纤维基体无损状态、纤维损伤状态和基体损伤状态三种状态下的细观-介观应力转换参数；SS5.细观-介观跨尺度失效预测参数传递基于纤维基体无损状态、纤维损伤状态和基体损伤状态三种状态下的细观-介观应力转换参数，将细观尺度纤维和基体的损伤参数传递到介观尺度，通过细观-介观跨尺度的应力传递和失效预测，形成纤维束的跨尺度失效准则，其中，纤维束内纤维的失效预测采用最大纵向应力失效准则，纤维束内基体的失效预测采用修正VonMises破坏准则，纤维束外大块树脂的失效预测采用基于剪切的VonMises破坏准则；SS6.介观微元模型跨尺度失效预测基于步骤SS5确定的细观-介观跨尺度失效准则，在对介观微元模型中的纤维束和树脂进行失效分析的基础上，通过介观微元模型跨尺度失效预测宏观尺度的织物板材的力学性能，并将织物板材的力学性能预测结果与试验结果进行对比验证，以反推修正介观微元模型的刚度衰减方案和失效准则，形成最终有效的平纹编织复合材料力学性能仿真模型。

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