一种生成三维损伤斑图的数值模拟方法技术

本发明专利技术所提供的生成三维损伤斑图的数值模拟方法，在对所述三维损伤斑图所描述的对象建立三维几何模型、剖分细观网格、设定所述数值模拟的边界条件、初始条件及材料参数的基础上，选取具有角点的屈服面、考虑强度软化的本构关系、非关联流动法则，采用有限元动态松弛法，对几何模型进行数值模拟并求解，输出三维损伤斑图，从而直接从力学方程出发，不需要先假定任何物理机制，即可生成三维损伤斑图，是一种直接生成三维损伤斑图的方法，所生成的斑图更接近材料损伤的实际情况，从而更加直观和真实的反映材料的力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料数值模拟
，具体涉及一种生成三维损伤斑图的的数值模 拟方法。
技术介绍
对于材料而言，尤其对于承重固态材料来说，加载损伤或疲劳损伤是决定材料寿 命的重要因素。斑图，是一种在空间或时间上具有某种规律性的非均匀宏观结构图，也是了 解和模拟材料损伤产生、发展、结束的非线性宏观图。研究材料损伤斑图生长的过程，对于 认识重大工程动力学灾变孕育、发生的机制具有特别重要的基础性意义。 当对材料加载时，固体材料发生损伤，最初加载，描述材料损伤的损伤斑图是大致 均匀的，随着加载的重复或时间上的延伸或载荷的增加，材料的损伤不断发展，相应的，损 伤斑图从大致均匀地向损伤局部化转变，在损伤斑图中逐渐形成局部高损伤区，并且损伤 更倾向于在高损伤区发展。从斑图动力学角度分析材料损伤的发展过程，损伤局部化的出 现源于均匀损伤斑图的失稳，最终形成各种损伤斑图，损伤斑图的失稳，对应材料强度的极 限值，从而形成材料的损坏。 损伤斑图的生成是一个复杂的非线性过程。现有技术中，损伤斑图常用的描述方 法是采用反应-扩散方程，但是该方法需要先假定各种物理机制，是一种间接的方法，所生 成的损伤斑图与实际损伤情况会有一定差距。目前还没有生成材料三维损伤斑图的直接方 法。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提出，通过力学方 程直接生成材料损伤的三维损伤斑图，从而更加客观、真实的模拟材料损伤发生、发展、结 束的过程，指导工程的实施和材料的维护。 根据本专利技术的一个方面，提出了，所述方 法包括： 选取具有角点的屈服面、考虑强度软化的本构关系、非关联流动法则，采用有限元 动态松弛法，进行数值模拟并求解输出三维损伤斑图。 上述方案中，所述方法还包括： 对所述三维损伤斑图所描述的对象建立三维几何模型，剖分细观网格； 设定所述数值模拟的边界条件； 设定所述数值模拟的初始条件； 设定材料参数。 上述方案中，所述进行数值模拟并求解输出三维损伤斑图，进一步为：对所述几何 模型进行数值模拟并求解。 上述方案中，所述边界条件至少包括应力边界条件、位移边界条件。 上述方案中，所述初始条件至少包括：应力初始值、位移初始值、数值模拟的计算 步数初始值、计时初始值。 上述方案中，所述设定材料参数，进一步为：设定内摩擦角、粘聚力、抗拉强度、剪 胀角。 本专利技术所提供的生成三维损伤斑图的数值模拟方法，在对所述三维损伤斑图所描 述的对象建立三维几何模型、剖分细观网格、设定所述数值模拟的边界条件、初始条件及材 料参数的基础上，选取具有角点的屈服面、考虑强度软化的本构关系、非关联流动法则，采 用有限元动态松弛法，对几何模型进行数值模拟并求解，输出三维损伤斑图，从而直接从力 学方程出发，不需要先假定任何物理机制，即可生成三维损伤斑图，是一种直接生成三维损 伤斑图的方法，所生成的斑图更接近材料损伤的实际情况，从而更加直观和真实的反映材 料的力学性能。【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本 领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。 图1是本专利技术第一实施例的生成三维损伤斑图的数值模拟方法流程示意图； 图2是本专利技术第二实施例的生成三维损伤斑图的数值模拟方法流程示意图； 图3是本专利技术第二实施例所建立的几何模型损伤斑图网格图； 图4是本专利技术第二实施例所采用考虑强度软化的本构关系的软化曲线图； 图5是本专利技术第二实施例的损伤斑图第一计算结果图； 图6是本专利技术第二实施例的损伤斑图第二计算结果图。【具体实施方式】 本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式"一"、"一 个"、"所述"和"该"也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措 辞"包括"是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加 一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元 件被"连接"或"耦接"到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在 中间元件。此外，这里使用的"连接"或"耦接"可以包括无线连接或耦接。这里使用的措 辞"和/或"包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。 本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术 术语和科学术语）具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应 该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的 意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。 为便于对本专利技术实施例的理解，下面详细描述本专利技术的实施方式，通过参考附图 描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。 图1是本专利技术第一实施例的生成三维损伤斑图的数值模拟方法流程示意图。 如图1所示，本实施例的生成三维损伤斑图的数值模拟方法，包括如下步骤： 步骤101，对所述三维损伤斑图所描述的对象建立三维几何模型，剖分细观网格。 本步骤中，所述三维损伤斑图所描述的对象，通常情况下指的是固体材料。一般固 体材料在使用过程中，会承受压力或因疲劳而发生损坏，这里的三维损伤斑图的生成和变 化过程，描述了材料损伤的产生、发展过程。剖分细观网格，是对所述几何模型的细化。 步骤102,设定所述数值模拟的边界条件。 本步骤中的边界条件，是对所述三维几何模型进行数值模拟求解时的边界条件。 所述边界条件至少包括应力边界条件、位移边界条件。优选的，这里的边界条件可以通过设 定三维坐标系的方式来实现。在三维坐标系中，可以设定边界条件为设定边界应力为0、边 界位移为0 ;在施加纯剪应力的情况下，也可以采用所设定的实际纯剪应力初始值为边界 应力。 步骤103,设定所述数值模拟的初始条件。 本步骤中的初始条件，是对所述三维几何模型进行数值模拟求解时的初始条件， 是与边界条件相对应的，所述边界条件是对边界而言，而初始条件是对内部而言。因此，这 里的初始条件都是内部的相应参数。所述初始条件至少包括内部应力初始值、位移初始值、 数值模拟的计算步数初始值、计时初始值。例如，设定内部应力为〇,设定初始位移为〇,数 值模拟的计算步数初始为〇,计时初始值为〇,此时，相应的内部应变和应变速率也可以为 0。这里的取值仅仅是一个例子，在实际运用中，需要根据情况进行设定。初始值仅仅是与 后续计算相比的一个相对值。 需要说明的是，所述边界条件与所述初始条件不能同时为0。例如，当设定所述边 界应力为0时，不可以设定所述内部应力初始值为0。 进一步的，根据上述设定的初始条件，初步计算质量矩阵M。 步骤104,选取具有角点的屈服面。 步骤105,选取考虑强度软化的本构关系。 步骤106,选取非关联流动法则。 步骤107,设定材料参数。 本步骤中的所述材料参数包括：内摩擦角？5、粘聚力c、抗拉强度〇 t、剪胀角φ。 进行设定时，热为内摩擦角初始值，c。为粘聚力初始值。 上述步骤101至107,无顺序要求，是对进一步数值模拟和计算的条件选择和设 定，在完成上述相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生成三维损伤斑图的数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：选取具有角点的屈服面、考虑强度软化的本构关系、非关联流动法则，采用有限元动态松弛法，进行数值模拟并求解输出三维损伤斑图。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈铁林，刘晶晶，台启民，张中辉，张良以，程少振，孔祥飞，王杨，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11