本发明属于复合材料力学性能测试，具体涉及一种3d打印连续纤维增强热塑性树脂基复合材料冲击吸能的预测方法。
背景技术：
1、3d打印连续纤维增强热塑性树脂基复合材料，简称3d打印复合材料。它具有快速成型、工艺灵活性等优点，在航空航天、医疗、汽车等许多行业具有显著的应用前景。然而，在工程应用中，低速冲击会对3d打印复合材料造成多种内部损伤，如分层、基体开裂、局部永久变形和纤维损伤等。这些内部损伤，虽然不可见，但可能导致复合材料在使用过程中发生严重、无法修复或迅速完全破坏或丧失功能。
2、由于成型方式、内部结构、损伤模式等的不同，目前针对复合材料性能的预测分析方法应用于3d打印复合材料性能分析不再正确。经典复合材料理论模型缺乏内部多尺度缺陷、界面及层间的描述，显然与3d打印复合材料测试时的真实情况不符，3d打印复合材料走线之间存在不可避免的走线缺陷。因此需要基于3d打印复合材料内部结构对数值分析模型进行修正。现有技术对3d打印连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的分析缺乏理论及数值研究，且尚无对3d打印复合材料冲击吸能性能仿真模拟分析。目前复合材料冲击吸能性能采用试验测试，获得冲击过程中的载荷-位移曲线，通过求解整个载荷-位移曲线与坐标轴围成区域的面积，可获得能量吸收。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种3d打印复合材料冲击吸能的预测方法，它通过由微观尺度到宏观尺度的数值分析，能提高3d打印复合材料冲击吸能性能预测的准确性，在节省计算时间的同时，还能准确地捕捉复合材料的局部损伤位置。
2、本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括
3、步骤1、建立3d打印复合材料成型动力学仿真模型
4、利用fluent有限元仿真软件，基于复合材料成型过程的3d打印参数，包括走线宽度、走线间距、走线厚度、打印速度、喷头温度、环境温度及热塑性树脂基体的热物理参数，包括树脂熔融、结晶、微通道流动、热量传递，建立3d打印连续纤维增强热塑性树脂基复合材料成型动力学仿真模型；
5、步骤2、基于3d打印丝束中纤维体积分数，建立纤维随机分布的复合材料微观代表性体积单元，纤维部分赋以纤维的性能参数、树脂部分赋以树脂的性能参数，以得到连续纤维增强复合材料3d打印纱线等效力学参数；
6、步骤3、基于3d打印复合材料中不同位置纱线堆叠状态的形态外观，建立纱线细观单元，赋予材料性能参数并分析纱线细观单元在不同受力状态的应力分布；
7、步骤4、将步骤3截取的细观单元结构分为扩宽形纱线、等宽形纱线和窄化形纱线三类，采用局部均质化处理，将3d打印扩宽形纱线、等宽形纱线和窄化形纱线等效为扩宽形纱线亚单元、等宽形纱线亚单元和窄化形纱线亚单元，三种纱线亚单元为具有不同力学性能的方形模型；
8、步骤5、将3d打印细观纱线层间接触体，采用局部均质化处理，等效为层间粘性接触亚单元，用于预测3d打印复合材料分层损伤情况；
9、将等效的扩宽形纱线亚单元、等宽形纱线亚单元、窄化形纱线亚单元与层间粘性接触亚单元组合为3d打印复合材料等效宏观模型。
10、优选地，还包括步骤6、利用abaqus仿真软件中，分析3d打印复合材料等效宏观模型在落锤低速冲击前后能量变化，得出3d打印复合材料冲击吸能。
11、本发明综合考虑3d打印复合材料不同位置的宏观形态，利用等效纱线亚单元和等效层间粘性接触亚单元，重构预测3d打印复合材料宏观力学性能的等效宏观模型，从而实现了3d打印复合材料冲击吸能性能数值分析。
12、本发明的技术效果是：
13、1、本方法发明具有3d打印复合材料成型方式、内部结构、损伤模式，因此模拟结果较为准确；
14、2、本方法发明利用等效手段，将具有不规则形态的3d打印复合材料等效成规则形态，很大程度地降低了模拟的难度和计算量，模拟过程更高效；
15、3、本方法发明不仅适用于3d打印复合材料冲击吸能性能数值分析，也能普遍应用于复合材料其他力学性能分析，使用范围较广。
1.一种3d打印复合材料冲击吸能的预测方法，其特征是，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的3d打印复合材料冲击吸能的预测方法，其特征是，还包括步骤6、利用abaqus仿真软件中，分析3d打印复合材料等效宏观模型在落锤低速冲击前后能量变化，得出3d打印复合材料冲击吸能。
3.根据权利要求1或2所述的3d打印复合材料冲击吸能的预测方法，其特征是，在步骤1中，通过c语言引入熔融结晶动力学方程和能量平衡方程；
4.根据权利要求3所述的3d打印复合材料冲击吸能的预测方法，其特征是，在步骤2中，建立纤维随机分布的复合材料微观代表性体积单元过程是：纤维的生成从单元中心开始，然后不断向外扩展；第一步，设置适当的纤维间距参数，以确保能够达到要求的纤维体积分数，并且避免产生富脂区域；第二步，在不限定纤维体积分数情况下，按照要求纤维距离参数，在空间中铺满纤维；第三步，按照要求的纤维体积分数，随机除去纤维，直到当前纤维体积分数与要求纤维体积分数的差小于一根纤维所占体积分数的一半；第四步，对边界上的纤维重构，使代表性体积单元满足几何形貌周期性。
5.根据权利要求4所述的3d打印复合材料冲击吸能的预测方法，其特征是，在步骤4中，均质化处理按以下方程：
