[發明專利]一種用于復合材料質量擴散問題的近場動力學建模方法

有效

• 申請號: 201810088936.2
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108319774B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 郭力;周鑫
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 吳飛

1.一種用于復合材料質量擴散問題的近場動力學建模方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)建立實體模型，其外輪廓尺寸為需建模的復合材料尺寸；

(2)按照實際復合材料內各組分分布規律分割所述實體模型，確定各材料的分層與夾雜的區域位置，并對各區域賦予相應的材料屬性，同時得到各組分的分界面；

(3)對實體模型劃分單元網格，并依據各組分尺寸逐層細分，直至各部分單元尺寸滿足計算精度要求；

(4)設置實體模型的濃度邊界條件，即實體模型各單元的初始濃度值；根據復合材料實際情況賦予實體模型濃度邊界條件，所述濃度邊界條件如下：

在時間為t₀時，

其中x_i(i＝1,2,…,n)為實體模型中各單元對應的形心，C(x_i,t₀)為t₀時刻點x_i對應單元中擴散物質的濃度值；

(5)基于質量擴散的近場動力學本構關系整合模型參數，確定整個實體模型中復合材料內擴散物質濃度變化計算方法，計算實體模型中所有單元的運算參數；

所述整個實體模型中復合材料內擴散物質濃度變化的計算方法為：

C(t+dt)＝(I+A)·C(t)；

式中，I為單位矩陣，C(t)代表t時刻模型中所有單元處對應的濃度矩陣，A為系數矩陣；

其中，C(x_i,t)為t時刻點x_i對應單元中擴散物質的濃度值；

其中，||x_i-x||為點x_i與點x間的距離，點x_i與點x分別為其各自對應單元幾何形心；為點x_i對應單元在點x的近場域H_x范圍內的部分，二維模型中對應的是面積，三維模型中對應的是體積；H_x為點x對應單元的近場范圍；D(x_i,x)為點x處與點x_i間復合材料內擴散物質的擴散率；和D(x_i,x)即為實體模型中各單元的運算參數；

(6)提交計算。

2.根據權利要求1所述的用于復合材料質量擴散問題的近場動力學建模方法，其特征在于，步驟(3)中，按如下方式劃分單元網格：

i)對整個模型進行粗略劃分，其中，二維模型中單元為正方形，三維模型中單元為正方體，單元邊長為d₁；

ii)選取模型中現有網格劃分中位于各材料交界面處的單元，基于四叉樹原理依次對該部分單元進一步細分，新單元尺寸d₂＝d₁/2；

iii)重復ii)過程，直到細分的單元尺寸滿足對交界面處的計算精度要求，各級單元尺寸依次為d₁,d₂,…,d_n，其中d_i＝d₁/2^i-1(i＝1,2,…,n)。

3.根據權利要求2所述的用于復合材料質量擴散問題的近場動力學建模方法，其特征在于，步驟i)中，d₁＝L/150～L/300，L為所述實體模型最長邊的邊長。

4.根據權利要求1所述的用于復合材料質量擴散問題的近場動力學建模方法，其特征在于，所述單元的運算參數的計算方法為：

其中δ_x為近場域H_x的半徑，δ_x＝3d_x～4d_x；||ξ||＝||x_i-x||為兩點間距離；d_x為點x對應單元的邊長，為點x_i對應單元的邊長，的值取自d₁,d₂,…,d_n；點x_i對應單元的面積或體積