[發明專利]一種碎石增強高聚物復合材料的細觀分析方法

有效

• 申請號: 202110689546.2
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113343474B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 王娟;方宏遠;李迅;張娟;余自森;張晨曉
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G16C10/00;G16C60/00;G06F111/10;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 李艷芬

本發明公開了一種碎石增強高聚物復合材料的細觀分析方法，獲取碎石增強高聚物復合材料SRP中碎石的結構特征的參數值和統計模型，建立隨機碎石數值模型和結構模型，經過網格單元剖分，并建立SRP各組成單元的本構關系和破壞準則，在建立SRP數值模型邊界條件后，根據本構關系、破壞準則和SRP各組成單元的材料屬性，計算SRP力學性能。本發明建立的數值模型能夠反映真實界面中的碎石形貌，計算方法能夠較好的預測和揭示SRP承受外部荷載作用時的彈性模量、強度變化和破壞過程，同時也證明了本數值模型的準確性、適用性和穩定性，為建立更加完善的SRP細觀數值模型、找到微觀結構與宏觀性能之間的定量關系，提供了技術基礎。

技術領域

本發明屬于高聚物應用工程領域，具體涉及一種碎石增強高聚物復合材料的細觀分析方法。

背景技術

碎石增強高聚物復合材料(Crushed-stone-reinforced?Polymer，SRP)應用在復合地基中，負責承受重量和抵抗壓力、沖擊等荷載作用，其彈性模量和強度等力學性能是考察該新型材料特性和應用性的重要指標。SRP力學性能的研究是該新型材料應用和發展的前提，已有研究通過力學試驗、理論模型和有限元模型對SRP的基本力學性能以及細觀組份和宏觀力學性能的關系進行了初步探索。

SRP和高聚物的強度和彈性模量均與基體高聚物的密度呈線性關系。SRP的抗壓強度是等標稱密度高聚物的2.5～3倍，彈性模量約為等標稱密度高聚物的10倍。現有的關于SRP的研究，主要集中在SRP的宏觀力學試驗和高聚物碎石樁的模型試驗及數值分析。關于

該材料的組成、結構和力學性能等屬性值得進一步研究。因此，需要采用細觀力學方法，建立細觀結構與宏觀性能之間的聯系，探究SRP的力學性能和破壞機理，為SRP的工程應用提供依據，具有重要的科研意義和工程價值。

發明內容

本發明提出了一種碎石增強高聚物復合材料的細觀分析方法，通過SRP中的碎石的結構特征，建立SRP數值模型和結構模型，進一步的通過對數值模型的處理，根據SRP內組成單元的本構關系、破壞準則和材料屬性，計算SRP的力學性能。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種碎石增強高聚物復合材料的細觀分析方法，包括如下步驟：

獲取碎石增強高聚物復合材料中碎石的結構特征的參數值和統計模型；

基于所述參數值和所述統計模型，建立基于統計相似性的隨機碎石數值模型；

對所述隨機碎石數值模型中的所述碎石進行擴展，建立所述碎石增強高聚物復合材料的組成單元的坐標位置和組分，生成所述碎石增強高聚物復合材料的結構模型；

基于所述結構模型和給定的所述組成單元的材料屬性，對所述隨機碎石數值模型進行網格單元剖分，根據所述組成單元的受拉狀態和/或受壓狀態，建立所述組成單元的本構關系和破壞準則；

建立所述隨機碎石數值模型的邊界條件，根據所述本構關系、所述破壞準則和所述組成單元的所述材料屬性，計算所述碎石增強高聚物復合材料的力學性能。

優選的，獲取所述碎石的結構特征的參數值和統計模型的方法包括：

沿所述碎石增強高聚物復合材料的底面直徑截開，獲取所述碎石增強高聚物復合材料的截面圖像；

對所述截面圖像中的所述碎石界面進行等效變換，獲取所述參數值；

獲取所述截面圖像中所述碎石的所述結構特征的變量值，基于所述變量值建立所述統計模型。

優選的，建立所述統計模型的方法包括：

對所述截面圖像進行圖片重建，得到重建圖像；

對所述重建圖像內相互接觸的所述碎石圖像進行分割，得到散列圖像；