1.一種碳纖維復(fù)合材料等效介電常數(shù)模型的構(gòu)建方法,其特征在于,包含以下步驟:
步驟S1、針對(duì)橫截面上碳纖維呈矩形排列的復(fù)合材料,分別從碳纖維軸向和碳纖維徑向建立通用等效介電常數(shù)模型,該通用等效介電常數(shù)模型中包含未知參數(shù);
步驟S2、根據(jù)傳輸線理論建立碳纖維復(fù)合材料的屏蔽效能表達(dá)式,該屏蔽效能表達(dá)式是碳纖維復(fù)合材料的通用等效介電常數(shù)模型中未知參數(shù)的函數(shù);
步驟S3、通過(guò)仿真計(jì)算得到在與步驟S2中相同電磁波入射角度下的碳纖維復(fù)合材料上多個(gè)頻率點(diǎn)的實(shí)際屏蔽效能;
步驟S4、根據(jù)仿真計(jì)算得到的多個(gè)頻率點(diǎn)的實(shí)際屏蔽效能,結(jié)合碳纖維復(fù)合材料的屏蔽效能表達(dá)式,利用最小二乘法反演得到碳纖維復(fù)合材料的通用等效介電常數(shù)模型中的未知參數(shù);
步驟S5、將計(jì)算得到的碳纖維復(fù)合材料的通用等效介電常數(shù)模型中的未知參數(shù)代入通用等效介電常數(shù)模型,完成碳纖維復(fù)合材料的通用等效介電常數(shù)模型的構(gòu)建。
2.如權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料等效介電常數(shù)模型的構(gòu)建方法,其特征在于,所述的步驟S1中,所述的從碳纖維軸向建立通用等效介電常數(shù)模型采用如下關(guān)系式:
ε軸向=vmεm+vfεf (1)
其中,ε軸向為軸向的通用等效介電常數(shù);vm為基體材料的體積百分比;vf為碳纖維的體積百分比,一般取0%~20%;εm為基體材料的介電常數(shù);εf為碳纖維的介電常數(shù);
所述的從碳纖維徑向建立通用等效介電常數(shù)模型采用如下半經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式:
其中,ε徑向為徑向的通用等效介電常數(shù);s1為碳纖維的橫向間距;s2為碳纖維的縱向間距;d為碳纖維的直徑;λ為電磁波在復(fù)合材料中傳播的波長(zhǎng);a和b分別為未知參數(shù);
其中,碳纖維復(fù)合材料中的基體材料和碳纖維的介電常數(shù)εm和εf都是復(fù)數(shù)形式。
3.如權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料等效介電常數(shù)模型的構(gòu)建方法,其特征在于,所述的步驟S2中,所述的屏蔽效能表達(dá)式為:
S=-20lg(|Tl(a,b)×T0(a,b)|) (3)
其中,S為碳纖維復(fù)合材料的屏蔽效能;Tl(a,b)和T0(a,b)分別為在碳纖維復(fù)合材料兩個(gè)邊界面的透波系數(shù),是未知參數(shù)a和b的函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料等效介電常數(shù)模型的構(gòu)建方法,其特征在于,所述的步驟S3中,所述的頻率點(diǎn)的數(shù)量大于等于3個(gè)。
5.如權(quán)利要求4所述的碳纖維復(fù)合材料等效介電常數(shù)模型的構(gòu)建方法,其特征在于,所述的步驟S3中,所述的頻率點(diǎn)的選取需要滿足條件:在碳纖維復(fù)合材料的介電常數(shù)和碳纖維的體積百分比固定不變的條件下,選取多組不同的纖維間距,在每一組纖維間距下再選取至少三個(gè)頻率點(diǎn),所述的纖維間距包含橫向間距和縱向間距。
6.如權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料等效介電常數(shù)模型的構(gòu)建方法,其特征在于,所述的步驟S3中,所述的仿真計(jì)算是指:利用電磁仿真軟件建立描述實(shí)際碳纖維復(fù)合材料細(xì)觀幾何結(jié)構(gòu)的模型,并進(jìn)行數(shù)值求解得到在電磁波垂直入射條件下的屏蔽效能。
7.如權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料等效介電常數(shù)模型的構(gòu)建方法,其特征在于,所述的步驟S4中,
所述的利用最小二乘法反演得到碳纖維復(fù)合材料的通用等效介電常數(shù)模型中的未知參數(shù)的步驟具體包含:
步驟S4.1、建立仿真的屏蔽效能向量:
SE(f)=[SE1(f),SE2(f),…,SEn(f)] (4)
其中,SE(f)為仿真的屏蔽效能向量;SEn(f)為在頻率f下的屏蔽效能;n為頻率點(diǎn)的個(gè)數(shù);
步驟S4.2、建立屏蔽效能表達(dá)式的向量:
SC(f)=[S1,S2,…,Sn]
其中,SC(f)為計(jì)算的屏蔽效能表達(dá)式的向量;Sn為采用屏蔽效能表達(dá)式計(jì)算的屏蔽效能,為未知數(shù)a和b的函數(shù);
步驟S4.3、建立最小值問(wèn)題表達(dá)式:
步驟S4.4、利用最小二乘法求解最小值問(wèn)題,得到通用等效介電常數(shù)模型中的未知參數(shù)。