[發明專利]復合材料液壓滲透載荷下界面失效與細觀裂紋擴展預測方法

有效

• 申請號: 202011393937.1
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112487557B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 張律文;田坤
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

1.一種復合材料液壓滲透載荷下界面失效與細觀裂紋擴展預測方法，其特征在于：使用斷裂相場和界面相場表示模型的斷裂狀態和界面分布；在模擬預測過程中將相場法與Biot孔隙彈性介質理論相結合，計算液壓載荷下模型的位移場和液體壓強場分布，并計算位移場對斷裂相場的影響，從而實現復合材料受液壓載荷時細觀尺度下裂紋生長的模擬。

2.根據權利要求1所述的一種復合材料液壓滲透載荷下界面失效與細觀裂紋擴展預測方法，其特征在于：在模擬預測過程的開始階段對模型進行前處理，前處理的過程包括確定模型的幾何參數和力學性能參數。

3.根據權利要求2所述的一種復合材料液壓滲透載荷下界面失效與細觀裂紋擴展預測方法，其特征在于：

所述幾何參數包括模型整體的長度、高度以及纖維的位置和直徑；

所述力學性能參數包括基質的彈性模量，泊松比，臨界應力，Biot模量，Biot系數，滲透系數，增強材料的彈性模量，泊松比，臨界應力，Biot模量，Biot系數，以及界面的法向斷裂能與切向斷裂能；液體的粘性。

4.根據權利要求1或2所述的一種復合材料液壓滲透載荷下界面失效與細觀裂紋擴展預測方法，其特征在于：所述斷裂相場為標量場，0代表未損傷，1代表完全斷裂；所述界面相場為標量場。

5.根據權利要求1所述的一種復合材料液壓滲透載荷下界面失效與細觀裂紋擴展預測方法，其特征在于：將模擬預測過程劃分為多個時間步；在每個時間步中：

(S21)通過上一時間步的位移場求得應力狀態，通過應力狀態得到相場驅動力；并根據相場驅動力計算斷裂相場；

(S22)根據求得的斷裂相場，對模型的斷裂處的剛度進行削弱，并求得新的位移場和液體壓強場。

6.根據權利要求5所述的一種復合材料液壓滲透載荷下界面失效與細觀裂紋擴展預測方法，其特征在于：在第一個時間步中對模型進行初始化，初始化的過程中計算位移場的初始值、液體壓強場的初始值以及界面相場。

7.根據權利要求6所述的一種復合材料液壓滲透載荷下界面失效與細觀裂紋擴展預測方法，其特征在于，步驟(S21)中，根據相場驅動力計算斷裂相場采用的表達式為：

其中：β是界面相場、φ是斷裂相場、H_φ是相場驅動力、l₀是相場法中裂紋的特征尺寸參數。

8.根據權利要求6所述的一種復合材料液壓滲透載荷下界面失效與細觀裂紋擴展預測方法，其特征在于，步驟(S22)中，求得新的位移場和液體壓強場采用的表達式為：

R_u＝∫_Ω(σ_eff-bpI)·ε_e(δu)dV+f_Ωγ_βt·wdV

其中：σ_eff代表模型的固體組分的應力，b是Biot系數，p是當前時間步的液體壓強場，I是單位二階張量，t是內聚力模型的牽引力，γ_β是界面表面密度函數，等于β是界面相場；p_n是上一時間步的液體壓強場，u是當前時間步的位移場，u_n是上一時間步的位移場，M是Biot模量；是滲流張量，表示為K_homo是固體的滲透系數，η是液體粘性；K_crack是液體在裂縫中流動的各向異性張量，該各向異性張量符合泊肅葉定律：w_n是裂紋張開位移，n是裂紋表面的法向量；ε_e是彈性應變，其表達式為n_i，n_j為界面法向向量分量；τ是時間步長。

9.根據權利要求1所述的一種復合材料液壓滲透載荷下界面失效與細觀裂紋擴展預測方法，其特征在于：模擬預測過程結束后對模擬結果進行后處理，后處理過程中得到模型的位移響應云圖、應力分布云圖、壓力分布云圖以及斷裂相場分布云圖。