[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于均質(zhì)化理論的微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能確定方法與系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110807357.0
• 申請(qǐng)日: 2021-07-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113722879A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂琳;劉培慶;劉安;彭昊;田李昊;王忠仁
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F17/16;G06F119/14
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張慶騫

本發(fā)明屬于微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析領(lǐng)域，提供了一種基于均質(zhì)化理論的微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能確定方法與系統(tǒng)。其中，該方法包括將微結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)換為體素模型；基于微結(jié)構(gòu)的基材料彈性性能參數(shù)及體素模型，計(jì)算微結(jié)構(gòu)的線彈性參數(shù)，所述線彈性參數(shù)包括楊氏模量、剪切模量、泊松比、等效楊氏模量面和最壞負(fù)載工況下微結(jié)構(gòu)的馮·米塞斯應(yīng)力分布；基于體素模型計(jì)算在不同應(yīng)力下微結(jié)構(gòu)的等效屈服強(qiáng)度，得到微結(jié)構(gòu)的彈塑性參數(shù)；匯總微結(jié)構(gòu)的線彈性參數(shù)和彈塑性參數(shù)，繪制微結(jié)構(gòu)物理性能畫(huà)像，以用于微結(jié)構(gòu)的定制化應(yīng)用與目標(biāo)性能優(yōu)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析領(lǐng)域，尤其涉及一種基于均質(zhì)化理論的微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能確定方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

微結(jié)構(gòu)指相對(duì)于模型整體而言極小范圍內(nèi)的幾何結(jié)構(gòu)。在材料科學(xué)中應(yīng)用微結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)和制造出的超材料，極大拓展了原有材料的物理性能空間，從而實(shí)現(xiàn)均一材料無(wú)法滿(mǎn)足的物理性能需求，例如航空航天部件所需的輕量化與高強(qiáng)度需求，汽車(chē)工業(yè)所需的能量吸收性能，生物醫(yī)療領(lǐng)域所需要的負(fù)泊松比、物質(zhì)傳輸性能等。

增材制造，俗稱(chēng)3D打印，指的是通過(guò)離散-堆積使材料逐點(diǎn)逐層累積疊加形成三維實(shí)體的技術(shù)，可在一臺(tái)設(shè)備上快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀的零件。隨著制造材料的日益豐富與加工精度的不斷提高，使面向多種應(yīng)用的復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的制造成為可能。例如，Carbon公司使用數(shù)字光學(xué)合成技術(shù)，制造了搭載網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鞋中底，復(fù)雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)能夠分散多方運(yùn)動(dòng)壓力，同時(shí)保證中底的輕盈。由于微結(jié)構(gòu)能夠帶來(lái)優(yōu)秀的物理性能，近年來(lái)，研究者設(shè)計(jì)和制造了各種不同形態(tài)的微結(jié)構(gòu)，不斷拓展其應(yīng)用范圍。

微結(jié)構(gòu)可由基本單元經(jīng)過(guò)周期性密鋪構(gòu)成整體模型，大多數(shù)采用正六面體單元。作為構(gòu)成微結(jié)構(gòu)的基本元素，研究人員設(shè)計(jì)了不同形態(tài)的微結(jié)構(gòu)單元，例如，桿狀結(jié)構(gòu)，片狀結(jié)構(gòu)，泡沫結(jié)構(gòu)等。不同形態(tài)的微結(jié)構(gòu)具有各自的性能特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。

研究人員通過(guò)物理試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)分析、有限元分析等方法對(duì)微結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行分析。物理試驗(yàn)方法指對(duì)制造的微結(jié)構(gòu)實(shí)體模型進(jìn)行壓縮或拉伸試驗(yàn)，根據(jù)記錄的力和位移數(shù)據(jù)獲取微結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)；結(jié)構(gòu)分析指將微結(jié)構(gòu)單元分解為多個(gè)基本構(gòu)件，然后建立基于基本構(gòu)件的分析模型；有限元分析指利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)微結(jié)構(gòu)在特定載荷工況下進(jìn)行模擬，根據(jù)力和位移數(shù)據(jù)獲取微結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)。但是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，物理試驗(yàn)需要復(fù)雜的設(shè)備和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)分析提供的力學(xué)性質(zhì)有限，有限元分析方法計(jì)算復(fù)雜度較高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于均質(zhì)化理論的微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能確定方法及系統(tǒng)，其為了快捷、準(zhǔn)確、全面獲取微結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，基于均質(zhì)化理論，在周期性邊界的假設(shè)下，通過(guò)分析微結(jié)構(gòu)單元來(lái)獲取微結(jié)構(gòu)的等效楊氏模量、剪切模量、泊松比、壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度，并展示微結(jié)構(gòu)的彈性各向異性與應(yīng)力分布，以實(shí)現(xiàn)對(duì)微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的綜合分析與全面理解，為微結(jié)構(gòu)的定制化應(yīng)用與目標(biāo)性能優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一個(gè)方面提供一種基于均質(zhì)化理論的微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能確定方法。

一種基于均質(zhì)化理論的微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能確定方法，其包括：

將微結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)換為體素模型；

基于微結(jié)構(gòu)的基材料彈性性能參數(shù)及體素模型，計(jì)算微結(jié)構(gòu)的線彈性參數(shù)，所述線彈性參數(shù)包括楊氏模量、剪切模量、泊松比、等效楊氏模量面和最壞負(fù)載工況下微結(jié)構(gòu)的馮·米塞斯應(yīng)力分布；

基于體素模型計(jì)算在不同應(yīng)力下微結(jié)構(gòu)的等效屈服強(qiáng)度，得到微結(jié)構(gòu)的彈塑性參數(shù)；

匯總微結(jié)構(gòu)的線彈性參數(shù)和彈塑性參數(shù)，繪制微結(jié)構(gòu)物理性能畫(huà)像，以用于微結(jié)構(gòu)的定制化應(yīng)用與目標(biāo)性能優(yōu)化。

本發(fā)明的第二個(gè)方面提供一種基于均質(zhì)化理論的微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能確定系統(tǒng)。