[發明專利]插入cohesive單元的顆粒隨機分布增強復合材料微觀建模方法

有效

• 申請號: 202011477041.1
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112487691B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 陳新;梁贏東;陳遼原;于天彪;趙繼
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/25;G06F113/26
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種插入cohesive單元的顆粒隨機分布增強復合材料微觀有限元建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：通過掃描電鏡觀察多種顆粒增強復合材料的微觀組織結構，獲取微觀組織結構并從微觀角度分析顆粒增強復合材料的實際結構，將所述顆粒形狀的實際結構簡化為正圓形，在正圓形基礎上構建微觀模型；

步驟2：根據所述微觀組織結構圖，分析復合材料中顆粒相、基體相和界面相的尺寸參數及成分占比，設所述顆粒相、基體相和界面相中最大半徑為r_max，顆粒最小半徑為r_min，基體的區域為長為a、寬為b，顆粒之間的最小距離為d_min，所述材料中所述顆粒的個數為n_p；

步驟3：設置一個長為a、寬為b的長方形窗口，作為基體區域，所有增強相顆粒均在所述基體區域內生成；

步驟4：根據所述基體區域通過隨機分布算法建立顆粒隨機分布增強復合材料模型；

步驟5：通過中性軸算法對所述顆粒隨機分布增強復合材料模型進行網格劃分，將所述顆粒隨機分布增強復合材料模型網格劃分為4節點雙線性平面應變四邊形單元；

步驟6：基于有網格的有限元模型，通過二次編程建立界面相插入0厚度cohesive單元的所述顆粒隨機分布增強復合材料模型；

步驟7：基于所述界面相插入0厚度cohesive單元的顆粒隨機分布增強復合材料模型，再通過二次編程建立顆粒內部插入0厚度cohesive單元的顆粒隨機分布增強復合材料，獲取整體模型。

2.根據權利要求1所述的一種插入cohesive單元的顆粒隨機分布增強復合材料微觀有限元建模方法，其特征在于，所述步驟4還包括以下步驟：

步驟4.1：確定任意一個顆粒的圓心位置為(x₁,y₁)并以圓心(x₁,y₁)為圓心繪制一個半徑為r₁的圓，所述半徑為r₁的取值范圍為[r_min,r_max]；

步驟4.2：保持所述顆粒的位置不變，隨機確定第d個顆粒的圓心位置(x_d,y_d)并隨機繪制半徑為r_d的圓，第d個顆粒位置滿足：從(x_c,y_c)到(x_d,y_d)的間距為d_c，其中c為0到k-1的整數，且必須控制所有隨機生成的顆粒邊界的間距d_c大于d_min；

步驟4.3：重復步驟4.2直到生成的顆粒數量符合指定值n_p，建立顆粒隨機分布增強復合材料。

3.根據權利要求1所述的一種插入cohesive單元的顆粒隨機分布增強復合材料微觀有限元建模方法，其特征在于，步驟6包括以下步驟：

步驟6.1：提取界面兩側所有的表層顆粒單元，并將所述顆粒進行單元編號N_n和單元節點坐標值編號n₁，n₂，n₃，n₄；提取界面兩側所有的表層基體單元，并將所述基體進行單元編號M_n和單元節點坐標值編號m₁，m₂，m₃，m₄；

步驟6.2：讀取所述顆粒單元N_i和所述基體單元M_j，其中，i的初始值為0，j的初始值為0；

步驟6.3：判斷所述顆粒單元N_i和所述基體單元M_j的節點坐標是否一致；如果一致，在所述顆粒單元N_i與所述基體單元M_j間自動創建一個cohesive單元，并執行步驟6.5；如果不一致，則執行步驟6.4；

步驟6.4：所述顆粒單元號加1，即顆粒單元號N_i+1，并執行步驟6.3；

步驟6.5：所述顆粒單元號與所述基體單元號同時加1，直到所有界面相均建立cohesive單元，輸出界面插入cohesive單元的顆粒隨機分布增強復合材料模型。

4.根據權利要求1所述的顆粒隨機分布增強復合材料微觀有限元建模方法，其特征在于步驟7的具體步驟如下：

步驟7.1：提取顆粒內部所有的顆粒單元，并將所述顆粒進行單元編號NN_m；對應的單元節點坐標值編號為nn₁，nn₂，nn₃，nn₄；

步驟7.2：讀取顆粒單元NN_i和NN_j，i初始值為0，j初始值為i+1；

步驟7.3：判斷所述顆粒單元NN_i和NN_j的節點坐標值是否一致，如果一致，則在所述顆粒單元NN_i和NN_j之間創建一個cohesive單元，并執行步驟7.5；如果不一致，則執行步驟7.4；

步驟7.4：更新顆粒單元號NN_j加1，即顆粒單元號NN_j+1，執行步驟7.3；

步驟7.5：所述cohesive單元建立數量達到m，停止，輸出插入cohesive單元的顆粒隨機分布增強復合材料微觀有限元模型。