[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

本發明公開一種用于復合材料質量擴散問題的近場動力學建模方法，包括下述步驟：(1)建立實體模型；(2)分割實體模型，確定模型中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；(3)對實體模型劃分單元網格；(4)設置實體模型的濃度邊界條件；(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；(6)提交計算。本發明的建模方法精度高，網格自適應性好，通過對模型中所有參數進行預先處理，可大大減少運算時的復雜程度，使得算法極大地優化；而且，本發明的建模方法及運算過程適用性廣，能夠適用于眾多問題。

技術領域

本發明涉及一種用于復合材料質量擴散問題的近場動力學建模方法，屬于復合材料制造技術領域。

背景技術

與傳統材料相比，復合材料具有力學性能優異、可塑性好、制備方便等優點，因而越來越廣泛地被應用于各種結構的設計中。復合材料往往都是含夾雜且非均勻的材料，隨著應用的日益增多，在設計結構時，對其數值模擬驗證其安全可靠性的需求也越來越多。

對復合材料的常規建模方法是有限元法，該方法不僅存在模型建立過程繁瑣，工作量大等問題，而且對網格依賴性太大，為了獲得較高的精度，需要將網格劃分的很密，構建起來十分困難，并且對計算機的性能也有很高的要求，同時，在奇異點處求解精度低，難以滿足求解需要。如何提高計算精度、如何有效地減小工作量，成為了本領域技術人員亟待解決的技術問題和研究的重點。

發明內容

發明目的：針對現有有限元建模方法存在的計算精度小、工作量大的問題，本發明提供一種用于復合材料質量擴散問題的近場動力學建模方法，該建模方法具有很高可靠性和高精度并能大大減小工作量。

技術方案：本發明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，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，確定實體模型中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，同時得到復合材料各組分的分界面；

(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；

(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；

(6)提交計算。

上述步驟(3)中，可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)。

優選的，步驟i)中，d₁＝L/150～L/300，L為所述實體模型最長邊的邊長。

上述步驟(4)中，根據復合材料實際情況賦予實體模型濃度邊界條件，濃度邊界條件如下：

在時間為t₀時，