(19)中华 人民共和国 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 202111552102.0 (22)申请日 2021.12.17 (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 赵弘超　崔海涛　张宏建　温卫东　 (74)专利代理 机构 南京灿烂知识产权代理有限 公司 323 56 代理人 吴亚 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模 方 法 (57)摘要 本发明公开了一种2.5维编织复合材料纱线 的几何建模方法， 包括以下步骤， 1)建立纬纱受 挤压的2.5维编织复合材料的纬向投影 图； 2)根 据纬向投影图， 建立纬纱受挤压的2.5维编织复 合材料的立体框架图； 3)根据立体框架图建立 2.5维编织复合材料的标准模型； 4)挖取标准模 型的目标位置的原几何组块， 另行建立考虑挤压 的纬纱几何组块， 并进行代替装配， 获得新模型 整体； 5)对新模型整体进行结构耦合， 成为一个 完全的、 各单元联系紧密的整体。 有助于进一步 规范有限元分析流程， 提高有限元分析精度和准 确度且因素影响限制范围广， 具有较大的普适 性。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 114218799 A 2022.03.22 CN 114218799 A 1.一种2.5维编织复合材 料纱线的几何建模方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1） 建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材 料的纬向投影图； 2） 根据纬向投影图， 建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材 料的立体框架图； 3） 根据立体框架图建立2.5维编织复合材 料的标准模型； 4） 挖取标准模型的目标位置的原几何组块， 另行建立考虑挤压的纬纱几何组块， 并进 行代替装配， 获得新模型整体； 5） 对新模型整体进行 结构耦合， 成为 一个完全的、 各 单元联系紧密的整体。 2.根据权利要求1所述的一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法， 其特征在于： 所述步骤1） 建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材 料的纬向投影图， 具体为， 1‑1） 利用无损检测技术对2.5维编织复合材料试验件进行扫描， 获取扫描图和试验件 的内部结构特 征， 利用软件测量扫描图上 各组分的尺寸； 1‑2） 根据各组分的尺寸建立该复合材 料考虑纬纱 挤压的纬向投影图。 3.根据权利要求1所述的一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法， 其特征在于： 所述步骤2） 建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的立体框架图， 具体为， 将纬向投影图保 存为dwg格式的文件， 并将其版本转换为AutoCAD2007版， 将转换好了的投影图由UG  NX  10.0打开， 在UG  NX 10.0软件中选取该投影图的四条边界， 设置拉伸长度为单胞模型纬向 长度， 形成立体框架图， 并将立体框架图导出为 igs格式文件。 4.根据权利要求2所述的一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法， 其特征在于： 所述步骤3） 根据立体框架图建立2.5维编织复合材料的标准模型， 具体为， 将igs格式的立 体框架图导入Hypermesh软件中， 进行网格划分， 并对网格进行修改除去变形网格， 获得新 的面网格单元， 对新的面网格单元进行体网格划分， 获得体单元， 对体单元进行组分划分， 从而获得 标准模型。 5.根据权利要求3所述的一种2.5.维编织复合材料纱线的几何建模方法， 其特征在于： 所述步骤4） 挖取标准模型的目标位置的原几何组块， 另行建立考虑因素影响的纬纱几何组 块， 并进行代替装配， 获得新模型整体， 具体为， 在标准模型上提取纬纱 目标位置的原几何 组块， 并将原几何组块根据整体模型里表层纬纱和被挤入基体里的纬纱在纬纱连接区段 处 的两个截面的关系做出修改， 从而另行建立出相应位置的考虑挤压的纬 纱几何组块， 并将 考虑挤压的纬纱几何 组块代替装配至原几何 组块位置上。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114218799 A 2一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方 法 技术领域 [0001]本发明涉及复合材料几何建模领域， 具体涉及一种2.5维编织复合材料纱线的几 何建模方法。 背景技术 [0002]自20世纪60年代起， 复合材料得到了日新月异的发展， 在航 空航天、 船舶运输和医 疗等领域应用十 分广泛。 对于复合材料性能的研究， 许多学者采用有限元分析方法， 即通过 建立模型、 划分网格、 设置参数、 软件求解和实验验证的分析流程获得复合材料的各项性 能。 在这一过程中， 建立几何模型前的结构分析是重中之重， 无论是参数化建模还是采用建 模软件进 行可视化实体建模， 都要力求考虑到几何模型内部结构的各项 特征以免漏掉重要 影响因素， 否则， 计算结果的准确度会大受影响。 关于几何模型的结构分析， 大量文献显示 研究人员作了各种猜想， 无损检测技术的逐步发展又使得复合材料内部结构可以轻松获 取， 这进一步优化了几何模型 的假设。 然而， 对于纺织复合材料， 研究人员对复合材料纱线 的截面作了如下假设： 跑道形、 双凸透镜形、 矩形、 六边形、 八边形等等， 对于纱线走向尤其 是纬纱走向则是简单 的看做单一函数型， 相关研究很不足， 这在求解纱线力学性能的准确 度时无疑会很受影响。 同时， 根据无损检测技术对 纺织复合材料内部的探测情况来看， 表层 纱线受到加工工艺的影响最大， 模具挤压、 刀具切割和机器造型等工艺严重改变了表层纱 线的几何特征， 这就表明， 不能仅靠单一的假设或单一的函数来表征纺织复合材料结构规 律。 发明内容 [0003]本发明的目的在于提供一种2.5维编织复合材料纱线的几何建模方法， 有助于进 一步规范有限元分析流程， 提高有限元分析精度和准确度， 且因素影响限制范围， 具有较大 的普适性。 [0004]为达到上述目的， 根据本发明的一个方面， 本发明提供如下技 术方案： [0005]一种2.5维编织复合材 料纱线的几何建模方法， 包括以下步骤： [0006]1)建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材 料的纬向投影图； [0007]2)根据纬向投影图， 建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材 料的立体框架图； [0008]3)根据立体框架图建立2.5维编织复合材 料的标准模型； [0009]4)挖取标准模型的目标位置的原几何组块， 另行建立考虑挤压的纬纱几何组块， 并进行代替装配， 获得新模型整体； [0010]5)对新模型整体进行 结构耦合， 成为 一个完全的、 各 单元联系紧密的整体。 [0011]本发明进一步设置为， 所述步骤1)建立纬纱受挤压的2.5维编织复合材料的纬向 投影图， 具体为， [0012]1‑1)利用无损检测技术对2.5维编织复合材料试验件进行扫描， 获取扫描图和 试 验件的内部结构特 征， 利用软件测量扫描图上 各组分的尺寸；说　明　书 1/5 页 3 CN 114218799 A 3