非正交编织复合材料的并发 n 尺度建模

复合材料的并发分析可提供尺度间的相互作用，从而更好地进行复合材料设计、分析与性能预测。本文提出一种数据驱动的并发 n 尺度建模理论（$\textrm{FExSCA}^\textrm{n-1}$），利用称为自洽聚类分析（SCA）的机理降阶模型（ROM）。我们以 $\textrm{FExSCA}^2$ 方法演示该理论，研究 3 尺度编织碳纤维增强聚合物（CFRP）层合板结构。$\textrm{FExSCA}^2$ 通过构建材料数据库，显著减少了编织与单向（UD）复合材料结构昂贵的三维嵌套复合材料代表性体积元（RVE）计算。该建模流程通过将材料数据库集成到编织 CFRP 结构数值模型中，建立了并发 3 尺度建模框架。该框架可准确预测结构性能（如拉伸载荷下的非线性结构行为）以及编织与 UD 物理场演化。并发建模结果通过与物理试验对比得到验证，这些试验将结构性能与基本材料微观结构联系起来。所提出的方法提供了一种适用于通用复合材料的综合预测建模流程，旨在减少繁复的实验需求。