天津工业大学复合材料研究院：层间交织联锁蜂窝预制体纤维级建模方法

全文概述

天津工业大学复合材料研究院提出了一种蜂窝预制体纤维级建模方法，通过虚拟纤维构建纱线几何形状，模拟蜂窝预制体胞元从闭合到开口状态的转变过程。该方法能够精确捕捉蜂窝预制体的微观结构特征，替代传统实验试错法，为工艺参数优化提供可靠依据。

纤维级建模方法的核心创新

该研究建立了纤维尺度的层间交织联锁蜂窝预制体模型，技术路线包括基于虚拟纤维的预制体模型构建、胞元转变过程仿真及微细观结构验证。通过对比不同建模参数，确定了最优建模参数，确保计算效率与模型准确性之间的平衡。

蜂窝预制体胞元转变过程的仿真

研究模拟了蜂窝预制体胞元从闭合状态到开口状态的转变过程，分析了应力分布和微细观结构变化。结果表明，随着纬纱密度增加，蜂窝预制体的纱线交织结构趋于紧密，壁面空隙显著减小，连接壁长度更接近设计值。

模型准确性的验证

通过将数值模型的几何参数与Micro-CT扫描结果进行对比，验证了模型的准确性。结果显示，基于该建模方法所构建的蜂窝预制体模型的结构特征参数在统计学上与实际数据一致，能够有效反映真实蜂窝预制体的纤维结构特征。

工程应用前景

该纤维级建模方法可成功替代传统的实验试错法，在工程领域为蜂窝预制体织造参数优化提供了可靠的数字化手段，有助于提升蜂窝复合材料的设计和制造精度。