[發(fā)明專利]一種基于反向建模的碳酸鈣填充復(fù)合材料力學(xué)性能預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011302902.2
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112417724A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘斯寧;羅士君;胡正西
• 申請（專利權(quán)）人: 賀州學(xué)院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 何世磊

1.一種基于反向建模的碳酸鈣填充復(fù)合材料力學(xué)性能預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、設(shè)計多因素多水平的正交試驗，制備不同填充工藝參數(shù)下的碳酸鈣填充復(fù)合材料試驗樣品；

步驟2、分別對步驟1制備的試驗樣品進行拉伸力學(xué)性能測試，得到不同填充工藝參數(shù)下復(fù)合材料的彈性模量；

步驟3、分別對步驟1制備的試驗樣品進行分層切割及掃描，得到不同填充工藝參數(shù)下碳酸鈣顆粒的二維分布狀態(tài)圖像；

步驟4、對步驟3得到的二維分布圖像進行逆向建模，得到不同填充工藝參數(shù)下碳酸鈣顆粒的三維幾何模型；

步驟5、將步驟4得到的三維幾何模型導(dǎo)入有限元模擬軟件中，施加單軸勻速恒定拉伸載荷，計算碳酸鈣填充復(fù)合材料的彈性模量。

2.如權(quán)利要求1所述的基于反向建模的碳酸鈣填充復(fù)合材料力學(xué)性能預(yù)測方法，其特征在于，步驟1中，所述填充工藝參數(shù)包括填充體積比、顆粒粒徑、表面改性狀態(tài)。

3.如權(quán)利要求1所述的基于反向建模的碳酸鈣填充復(fù)合材料力學(xué)性能預(yù)測方法，其特征在于，步驟3中，通過X線CT技術(shù)無損檢測對試驗樣品進行分層切割及掃描。

4.如權(quán)利要求1所述的基于反向建模的碳酸鈣填充復(fù)合材料力學(xué)性能預(yù)測方法，其特征在于，步驟3中，通過化學(xué)溶解基體的方法對試驗樣品進行分層切割及掃描。

5.如權(quán)利要求4所述的基于反向建模的碳酸鈣填充復(fù)合材料力學(xué)性能預(yù)測方法，其特征在于，所述化學(xué)溶解基體的方法包括如下步驟：

3A.選擇合適的化學(xué)溶劑，在試樣表面擦拭該化學(xué)溶劑一段時間，使得表面的聚合物基體發(fā)生溶解，而碳酸鈣顆粒不發(fā)生變化；

3B.利用顯微儀器觀察并記錄經(jīng)表面處理后試樣表面圖像；

3C.利用機械去除方式，將已觀察的表面及以下一定深度的試樣進行切除；

3D.重復(fù)步驟3A-3C，直至試樣被切除的深度達到碳酸鈣顆粒粒徑的5倍，得到不同切除深度下碳酸鈣顆粒的二維分布圖像。

6.如權(quán)利要求5所述的基于反向建模的碳酸鈣填充復(fù)合材料力學(xué)性能預(yù)測方法，其特征在于，步驟3B中，所述顯微儀器為掃描電子顯微鏡或光學(xué)顯微鏡。

7.如權(quán)利要求5所述的基于反向建模的碳酸鈣填充復(fù)合材料力學(xué)性能預(yù)測方法，其特征在于，步驟3C中，所述機械去除方式為用砂紙人工磨試樣或利用磨床進行磨削，所述切除試樣的深度為碳酸鈣顆粒粒徑的1/3。

8.如權(quán)利要求1所述的基于反向建模的碳酸鈣填充復(fù)合材料力學(xué)性能預(yù)測方法，其特征在于，步驟4中，通過逆向工程軟件進行逆向建模，所述逆向工程軟件為VisualSFM、123D、OpenMVS、MATLAB中的一種。

9.如權(quán)利要求1所述的基于反向建模的碳酸鈣填充復(fù)合材料力學(xué)性能預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟5的實現(xiàn)方法為：

5A.使用網(wǎng)格劃分軟件導(dǎo)入步驟4中的建立的三維幾何模型，分別劃分聚合物基體和碳酸鈣顆粒的網(wǎng)格，設(shè)定基體和顆粒的彈性性能參數(shù)，建立碳酸鈣填充復(fù)合材料基于細觀力學(xué)代表性體積單元有限元模型；

5B.將5A中建立的有限元模型導(dǎo)入有限元分析軟件，計算填充復(fù)合材料中各相結(jié)構(gòu)響應(yīng)，添加均勻應(yīng)力邊界條件，建立邊值問題，利用有限元后處理分析分別獲得基體和顆粒的應(yīng)變場和應(yīng)力場；

5C.分別提取基體和顆粒的應(yīng)變場和應(yīng)力場，計算基體和顆粒的平均應(yīng)變和平均應(yīng)力其計算公式為：

式中，υ為整個代表性體積單元有限元模型的體積，ε(x)為基體模型或者顆粒模型內(nèi)某一個節(jié)點的應(yīng)變值，σ(x)為基體模型或者顆粒模型內(nèi)某一個節(jié)點的應(yīng)力值。

5D.計算填充復(fù)合材料代表性體積單元內(nèi)的平均應(yīng)變和平均應(yīng)力，計算公式為：

式中，和分別為基體和顆粒的平均應(yīng)變，和分別為基體和顆粒的平均應(yīng)力，γ為顆粒填充體積比；

5E.計算填充復(fù)合材料的宏觀拉伸彈性模量，計算公式為：

10.如權(quán)利要求9所述的基于反向建模的碳酸鈣填充復(fù)合材料力學(xué)性能預(yù)測方法，其特征在于，步驟5A中，所述彈性性能參數(shù)包括彈性模量和泊松比。