(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210605376.X (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 鲍益东　何瑞　席洁　赵聪　 张永明　刘锦轩　徐锐　朱迪　 安鲁陵　 (74)专利代理 机构 南京行高知识产权代理有限 公司 32404 专利代理师 赵洪玉 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 113/26(2020.01) (54)发明名称 二维编织碳纤维增强复合材料模压成型后 的纤维剪切角快速预测方法 (57)摘要 本发明涉及一种二维编织碳纤维增强复合 材料模压成型后的纤维剪切角快速预测方法， 包 括以下步骤： 将目标零件基于构型展开得到板 料， 对板料进行网格划分得到第一模型； 将模压 成型模具的凹模进行网格划分得到第二模型； 将 第一模型垂直投影到第二模型上得到第三模型； 对第三模型建立应力平衡方程， 通过线弹性迭代 求解获得第四模 型； 对目标零件进行模压成型仿 真， 以第四模型作为迭代计算的初始解， 任一迭 代步均要求每一网格单元中二维编织碳纤维增 强复合材料的剪切角小于预设的剪切锁止角； 迭 代完成后， 即获得模压成型后纤维剪切角分布云 图。 本发明能够在保证产品合格的前提下快速准 确地预测模压成型后的纤维剪切角。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115017763 A 2022.09.06 CN 115017763 A 1.一种二维编 织碳纤维增强复合材料模压成型后的纤维剪切角快速预测方法， 包括以 下步骤： 步骤一、 将目标零件基于构型展开得到板料， 对板料进行网格划分得到第 一模型； 将模 压成型模具的凹模进行网格划分得到第二模型； 步骤二、 将第一模型和第二模型进行配准， 然后将第一模型垂直投影到第二模型上得 到第三模型； 步骤三、 对第 三模型建立应力平衡方程， 通过线弹性迭代求解获得第四模型； 在进行线 弹性迭代时， 采用预设的虚拟材 料参数； 步骤四、 基于步骤一得到的板料对目标零件进行模压成型仿真， 在仿真时， 根据虚功原 理建立平衡方程进行迭代计算， 以第四模型作为迭代计算的初始解； 在迭代计算 时， 任一迭代步均要求每一网格单元中二维编 织碳纤维增强复合材料的剪 切角小于预设的剪切锁止角， 否则认 为迭代失败； 其中， 所述剪切角是指二 维编织碳纤维增 强复合材料的经向和纬向之 间的夹角的变化量， 即每一迭代步中二 维编织碳纤维增强复合 材料的经向和纬向之间的夹角与第一模型中二维编织碳纤维增强复合材料的经向和纬向 之间的夹角的差值； 迭代完成后， 即获得模压成型后零件的剪切角分布云图， 同时得到模压成型后零件的 轮廓线。 2.根据权利要求1所述的二维编 织碳纤维增强复合材料模压成型后的纤维剪切角快速 预测方法， 其特征在于： 步骤四中， 迭代计算的收敛准则为位移准则和残余力准则， 任一准 则满足预设条件即停止迭代。 3.根据权利要求1所述的二维编 织碳纤维增强复合材料模压成型后的纤维剪切角快速 预测方法， 其特征在于： 步骤四中， 在迭代计算时， 每一网格单元中二维编织碳纤维增强复 合材料的剪切角的计算方法如下： 根据第一模型中该单元的二维编织碳纤维增强复合材料 的经向和纬向的方向向量， 以及在迭代过程中的变形梯度矩阵， 计算出每一迭代步中二维 编织碳纤维增强复合材 料的经向和 纬向在变形后的方向 向量， 进而求得剪切角。 4.根据权利要求1所述的二维编 织碳纤维增强复合材料模压成型后的纤维剪切角快速 预测方法， 其特征在于： 步骤三中， 通过牛顿—拉普森迭代法求解应力平衡方程， 并以位移 准则作为收敛判定准则。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115017763 A 2二维编织碳 纤维增强复合材料模压成型后的纤维剪切角快速 预测方法 技术领域 [0001]本发明涉及一种二维编织碳纤维增强复合材料模压成型后的纤维剪切角快速预 测方法， 属于复合材 料模压成型技 术领域。 背景技术 [0002]在航空航天领域， 复合材料俨然成为了最重要的材料之一， 由于其表现出比传统 金属材料更高的比强度、 比刚度和耐蚀性等性能， 使其拥有在轻量化制造中较高的地位， 在 军用设备和民用设备中均得到了广泛使用。 在众多的复合材料成型工艺中， 模压成型工艺 较好地平衡了成型的效率和成本， 在行业内越来越多地被关注和应用。 [0003]模压成型工艺和热塑性复合材料的适配度较高， 由于热塑性复合材料的固化是一 个可逆的过程， 因此模压成型可以充分利用其可以重复成型使用的特点来提高零件的生产 效率， 缩短生产周期， 降低生产成本 。 [0004]二维编织碳纤维增强复合材料是一种连续纤维增强复合材料， 增强体为碳纤维， 具有耐高温、 高硬度、 低密度、 耐腐蚀、 抗氧化性好以及 优异的摩擦磨损性能等优点。 在二 维 编织碳纤维增强复合材料的模压成型中， 如何快速准确地预测零件成型后的构型以及各种 缺陷是学者们研究的重点方向之一。 [0005]在二维编织碳纤维增强复合材料模压成型过程中， 由于织物在平面内拉伸应变的 允许范围较小， 而且不能像金属一样通过改变厚度来完成零件成型， 成型过程较金属更为 复杂， 二维编织碳纤维增强复合材料为了贴合所设计的模具形状， 主要的变形方式为面内 剪切变形， 对于零件成型后的质量影响较为明显。 因此在对二维编织碳纤维增强复合材料 模压成型后， 不仅需要考虑具体的产品轮廓， 还需要考虑面内剪切变形对产品质量的影响， 这对于缩短 设计周期， 减少试错成本有着重要的意 义， 但申请人检索发现， 目前尚属空白。 发明内容 [0006]本发明要解决的技术问题是： 提供一种能够在保证产品合格的前提下快速准确地 预测模压成型后的纤维剪切角分布的二维编织 碳纤维增强复合材 料模压成型的方法。 [0007]为了解决上述技术问题， 本发明提出的技术方案是： 一种二维编织碳纤维增强复 合材料模压成型后的纤维剪切角快速预测方法， 包括以下步骤： 步骤一、 将目标零件基于构型展开得到板料， 对板料进行网格划分得到第一模型； 将模压成型模具的凹模进行网格划分得到第二模型； 步骤二、 将第一模型和第二模型进行配准， 然后将第一模型垂直投影到第二模型 上得到第三模型； 步骤三、 对第三模型建立应力平衡方程， 通过线弹性迭代求解获得第四模型； 在进 行线弹性迭代时， 采用预设的虚拟材 料参数； 步骤四、 基于步骤一得到的板料对目标零件进行模压成型仿真， 在仿真时， 根据虚说　明　书 1/4 页 3 CN 115017763 A 3