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申请/专利权人：江苏科技大学

摘要：本发明提供了一种各向异性纤维材料孔隙结构生成及渗透率的预测方法，基于纤维材料的天顶角θ、圆周角等结构特征参数建立纤维单杆模型，重复纤维单杆的构建过程，直至达到材料目标孔隙率ε，在此过程中对纤维间允许的最小间距dgap以及最大迭代次数Nmax作为限制条件；再利用基于开源流体力学库OpenFOAM编写的有限体积仿真程序对所生成的各向异性纤维材料的渗透率进行模拟预测。本发明在生成纤维材料孔隙尺度表征结构的基础上，结合有限体积法开发了一种纤维材料渗透率的预测方法，可以定量分析结构参数对渗透率的影响，为纤维材料的设计与制备提供借鉴。

主权项：1.各向异性纤维材料孔隙结构生成及渗透率的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.设定计算域尺寸与纤维材料基本参数；步骤2.设定结构生成控制参数，包括纤维间允许的最小间距dgap以及最大迭代次数Nmax；步骤3.生成天顶角θ，服从vonMises分布；步骤4.生成圆周角服从均匀随机分布；步骤5.经过系统坐标系原点O，以θ和为天顶角和圆周角生成直线l0；步骤6.在计算域内随机生成点PXP,YP,ZP，沿向量OP平移直线l0，生成新的直线l；步骤7.以直线l为中心线，df为直径生成圆柱形纤维杆，计算纤维杆之间的最小距离di；判断di与dgap之间的大小关系，若di≤dgap且NiNmax，则重新生成当前纤维杆，Ni为当前迭代次数；若di≤dgap且Ni≥Nmax，则清空所有纤维杆数据重新生成结构；若didgap，则认为当前生成的纤维杆有效，计算并记录其在计算域内的体积Vi，累加计算域内的纤维总体积其中M为当前生成的纤维数目，计算保存当前计算域内的孔隙率εi＝1-VfVc；步骤8.判断当前计算域内孔隙率εi与目标孔隙率ε之间的大小；若εiε，则保存当前纤维杆数据，继续生成下一根纤维杆，若εi≤ε，则认为当前结构满足要求，将纤维杆的圆柱表面划分为三角面元，将计算域内的纤维结构输出为stl文件；步骤9.在开源CAD软件FreeCAD中对生成的结构进行平滑后处理，随后利用开源网格划分工具SnappyHexMesh对结构进行自适应网格划分；步骤10.将生成的网格文件导入编写的有限体积仿真程序中，设置边界条件，随后执行仿真计算进行渗透率预测；所述有限体积仿真程序是基于开源流体力学库OpenFOAM编写而成，采用SIMPLE算法求解流体的稳态动量方程，通过迭代计算获得计算域内的速度场，利用达西定律计算渗透率。

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百度查询： 江苏科技大学 各向异性纤维材料孔隙结构生成及渗透率的预测方法