【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料结构，具体涉及一种双相tpms点阵结构的等效力学性能分析方法及其应用。
技术介绍
1、在现代的工程领域中，分析计算的速度与效率是一个重要的问题，研究人员也一直致力于通过先进的计算技术和方法，提高实际工程的效率、降低分析计算的时间成本、缩短研发周期、提升分析计算质量。
2、在材料结构设计中，将双相与tpms点阵结构结合能获得较好的力学性能。一般的分析计算方法在分析双相tpms点阵结构的力学性能时，先建立该双相tpms点阵结构的实体网格模型，再分别对两种材料所在位置赋予材料属性，然后通过约束将四层材料耦合在一起，进行数值模拟的仿真。这样的分析计算具有良好的准确性，但是对于多胞元阵列的整体结构所包含的网格体量大，且由于双相设计，该结构在厚度上存在两种材料，所以一般计算方法下，在厚度方向上需要划分比单材料更多的网格来保证计算的准确性，这导致网格数量大幅增加，从而导致对双相tpms点阵结构的力学性能分析计算效率低，时间长，占用较多计算资源，难以满足实际工程的需求。因此，双相tpms点阵结构的力学性能分析方法仍有待发展与突破。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种双相tpms点阵结构的等效力学性能分析方法及其应用，在保证计算分析准确性的前提下，大幅提高了计算速度与效率。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种双相tpms点阵结构的等效力学性能分析方法，具体步骤包括：
4、s1.
5、s2.由等效理论将两种材料等效为一种材料，基于步骤s1所得两种材料的刚度矩阵系数计算得到等效材料的刚度矩阵系数，进而得到工程常数；同时计算得到等效材料的有效质量密度与屈服应力；
6、s3.基于三周期极小曲面数学控制方程生成tpms点阵结构的基本曲面构型，然后在有限元软件中建立该tpms结构的曲面模型，划分为壳网格赋予相应厚度得到壳模型，并使用步骤s2所得等效材料参数：工程常数、有效质量密度与屈服应力作为输入，进行准静态压缩数值模拟的仿真，得到结构的力学响应，分析其在准静态压缩过程中的变形模式与应力应变曲线，计算其相关力学性能。
7、按上述方案，所述步骤s1中，软相材料为热塑性聚氨酯(tpu)材料。
8、按上述方案，所述步骤s1中，硬相材料为聚乳酸(pla)材料。
9、软相材料具有缓冲吸能作用，硬相材料具有承载支撑作用。
10、按上述方案，所述步骤s1中，软相材料和硬相材料两种材料体积比为1：1。
11、按上述方案，所述步骤s1中，对已选择的材料进行狗骨件拉伸试验，具体为：在万能试验机上进行单轴拉伸试验，万能试验机配备了计算机控制和数据采集系统，从而可以自动获得力和位移数据；其中狗骨件拉伸工程应力-应变曲线通过力位移曲线得出，由此得到材料性能参数：刚度e、泊松比ν、屈服应力σy。
12、按上述方案，所述步骤s1中，由以下公式计算出材料的刚度矩阵：
13、
14、按上述方案，分别表示软相材料和硬相材料两种材料的刚度矩阵系数，vt、vp分别表示软相材料和硬相材料两种材料的材料占比体积分数，为将两种材料等效为一种材料之后的等效材料的刚度矩阵系数，由以下公式计算得出：
15、
16、
17、由刚度矩阵系数得到刚度矩阵后，对刚度矩阵求逆得到柔度矩阵，snn为柔度矩阵系数，则工程常数由以下公式计算得出：
18、
19、其中，e1、e2、e3分别是材料在1、2、3弹性主方向上的弹性模量；νij表示单独在j方向作用正应力而无其他应力分量时，i方向应变与j方向应变之比的负值，称为泊松比；g23、g31、g12分别为2-3、3-1、1-2平面内的剪切弹性模量。
20、按上述方案，有效质量密度与屈服应力由以下公式计算得出：
21、
22、其中，分别为等效材料的有效质量密度与屈服应力，ρp、ρt分别为硬相材料和软相材料两种材料的质量密度，σyp、σyt分别为硬相材料和软相材料两种材料的屈服应力，vp、vt分别为硬相材料和软相材料两种材料的体积分数。
23、按上述方案，基于三周期极小曲面数学控制方程生成三维tpms点阵结构的基本曲面构型具体为：
24、选择gyroid型曲面，其数学控制方程为：
25、fgyroid(x,y,z)＝sin(x)cos(y)+sin(z)cos(x)+sin(y)cos(z)＝0
26、其中在三周期极小曲面的公式中，x、y和z通常表示三维空间中的坐标。具体来说，这些坐标定义了曲面上每个点的位置；
27、根据实际需求，确定极小曲面单胞的尺寸大小、厚度与阵列数量，使用软件matlab进行绘制建模，获得三维tpms点阵结构的基本曲面构型。
28、提供一种上述双相tpms点阵结构的等效力学性能分析方法在材料结构领域分析计算力学性能方面的应用。
29、本专利技术的有益效果如下：
30、本专利技术提供了一种双相tpms点阵结构的等效力学性能分析方法，将双相tpms点阵结构中的两种材料通过等效理论方法等效为一种材料，由于使用单种材料进行模拟时可用壳单元建立模型进行计算，壳模型再曲面壁厚度上仅有一层单元，这使得模型单元数量大大减少，且无需考虑两种材料之间的耦合效应，由此再进行仿真计算可提高其计算效率，并验证了其有效性；本专利技术创新性的将复合材料板的等效计算方法运用在这个结构的曲面上，在保证计算分析准确性的前提下，大幅提高了计算速度与效率，其中与一般分析计算方法使用实体单元建模相比，计算时长减少了95.32％，具有重要的应用前景。
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1.一种双相TPMS点阵结构的等效力学性能分析方法，其特征在于，具体步骤包括：
2.根据权利要求1所述的等效力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤S1中，软相材料为热塑性聚氨酯。
3.根据权利要求1所述的等效力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤S1中，硬相材料为聚乳酸。
4.根据权利要求1所述的等效力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤S1中，软相材料和硬相材料两种材料体积比为1：1。
5.根据权利要求1所述的等效力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤S1中，对已选择的材料进行狗骨件拉伸试验，具体为：在万能试验机上进行单轴拉伸试验，万能试验机配备了计算机控制和数据采集系统，从而可以自动获得力和位移数据；其中狗骨件拉伸工程应力-应变曲线通过力位移曲线得出，由此得到材料性能参数：刚度E、泊松比ν、屈服应力σY。
6.根据权利要求1所述的等效力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤S1中，由以下公式计算出材料的刚度矩阵：
7.根据权利要求1所述的等效力学性能分析方法，其特征在于，分别表示软相材料和硬相材料两种材料的
8.根据权利要求1所述的等效力学性能分析方法，其特征在于，有效质量密度与屈服应力由以下公式计算得出：
9.根据权利要求1所述的等效力学性能分析方法，其特征在于，基于三周期极小曲面数学控制方程生成三维TPMS点阵结构的基本曲面构型具体为：
10.一种权利要求1-9任一项所述的双相TPMS点阵结构的等效力学性能分析方法在材料结构领域分析计算力学性能方面的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种双相tpms点阵结构的等效力学性能分析方法，其特征在于，具体步骤包括：
2.根据权利要求1所述的等效力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤s1中，软相材料为热塑性聚氨酯。
3.根据权利要求1所述的等效力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤s1中，硬相材料为聚乳酸。
4.根据权利要求1所述的等效力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤s1中，软相材料和硬相材料两种材料体积比为1：1。
5.根据权利要求1所述的等效力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤s1中，对已选择的材料进行狗骨件拉伸试验，具体为：在万能试验机上进行单轴拉伸试验，万能试验机配备了计算机控制和数据采集系统，从而可以自动获得力和位移数据；其中狗骨件拉伸工程应力-应变曲线通过力位移曲线得出，由此得到材料性能参数：刚度e、泊松比ν、屈服应力σy。
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