航空动力学报2024,Vol.39Issue(2) :102-114.DOI:10.13224/j.cnki.jasp.20220728

针刺复合材料层次化建模及弹性性能预测

Hierarchical modeling and elastic property prediction of the needled composite

刘昱 王荣桥 胡殿印 刘茜 庞生洋
航空动力学报2024,Vol.39Issue(2) :102-114.DOI:10.13224/j.cnki.jasp.20220728

针刺复合材料层次化建模及弹性性能预测

Hierarchical modeling and elastic property prediction of the needled composite

刘昱 1王荣桥 2胡殿印 3刘茜 4庞生洋5
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作者信息

  • 1. 北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京 102206
  • 2. 北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京 102206;北京航空航天大学航空发动机研究院,北京 102206;北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室,北京 102206;北京航空航天大学中小型航空发动机联合研究中心,北京 102206
  • 3. 北京航空航天大学航空发动机研究院,北京 102206;北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室,北京 102206;北京航空航天大学中小型航空发动机联合研究中心,北京 102206
  • 4. 北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京 102206;北京航空航天大学中小型航空发动机联合研究中心,北京 102206
  • 5. 中国科学院金属研究所,沈阳 110016
  • 折叠

摘要

针对针刺复合材料中网胎层等结构复杂导致难以划分周期性网格的问题,基于局部径向基点插值模型(LRPIM)发展了非周期性网格的周期性边界条件施加方法.开展X射线断层扫描试验并分析材料微观组织,提取出非针刺区域、针刺绕过区域和针刺穿过区域三种典型特征结构.考虑到针刺复合材料组成成分复杂的特点,提出了基于多特征结构的层次化建模方法,将复杂微观特征结构分解至单一材料相进行精细化建模,并按层次逐级均匀化以获取材料弹性性能.开展针刺复合材料力学性能试验,结果表明x方向拉伸模量和面内切变模量的预测误差分别为1.5%和6.4%,验证了所提建模方法的准确性.

Abstract

In order to address the problem of complex structures such as random fiber layers in needled composites that make it difficult to assign periodic meshes,a periodic boundary condition imposition method for non-periodic meshes was developed based on the local radial point interpolation model(LRPIM).First,X-ray tomography tests were carried out to analyze the material microstructure,from which three typical characteristic structures of un-needling region,needling bypass region and needling through region were extracted.Subsequently,considering the complex composition of needled composites,a hierarchical modeling method based on multiple feature structures was proposed to decompose the complex microscopic feature structures into single material phases for refinement modeling,and homogenization by level was achieved to obtain the material's elastic properties.Finally,the mechanical properties tests of the needled composites were carried out.The results showed that the prediction errors of the x-direction tensile modulus and in-plane shear modulus were 1.5%and 6.4%,respectively,which verified the accuracy of the proposed modeling approach.

关键词

C/C-SiC复合材料/针刺复合材料/微观组织/层次化建模/周期性边界条件/弹性性能

Key words

C/C-SiC composite/needled composite/microstructure/hierarchical modeling/periodic boundary conditions/elastic properties

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基金项目

国家自然科学基金(52022007)

国家自然科学基金(52105138)

国家自然科学基金(52275142)

出版年

2024
航空动力学报
中国航空学会

航空动力学报

CSTPCD北大核心
影响因子:0.59
ISSN:1000-8055
参考文献量30
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