基于多尺度有限元方法的微结构材料弹性性能测定方法技术

一种基于多尺度有限元方法的微结构材料弹性性能测定方法，根据超材料单胞结构形式与尺寸构建检测模型并对检测模型进行粗网格划分，并在划分后的网格上的突变位置附加虚拟节点；然后在得到的单胞上进行子网格划分，并建立宏观粗网格单元内部的子网格节点的位移与所有节点间的多尺度基函数关系，根据多尺度基函数推导得到粗网格单元刚度矩阵并组装得到整体刚度矩阵，从而获得宏观位移信息，即微结构材料弹性性能。本发明专利技术能够实现显著降低多尺度有限元方法应用于微结构材料误差的效果，解决单胞与单胞间连接不匹配的计算问题。

【技术实现步骤摘要】
基于多尺度有限元方法的微结构材料弹性性能测定方法
本专利技术涉及的是一种增材制造领域的技术，具体是一种基于多尺度有限元方法的微结构材料弹性性能测定方法。
技术介绍
增材制造(AM)是采用材料累加方法制造实体零件的技术，在金属与非金属材料制造领域中均得到众多成果与应用。由于增材制造可以制造复杂造型与细微结构均这一重要特点，面向增材制造的优化设计分为面向宏观复杂结构外形的宏观外形优化与面向细微结构的微结构优化两个领域。在微结构材料优化领域中，传统多尺度有限元方法并不是针对增材制造的微结构材料开发的，且单胞间连接问题没有考虑，所以计算仍具有较大误差。针对增材制造微结构弹性性能预测问题，如何利用嵌入式协同的多尺度有限元方法，构建适合于增材制造微结构仿真的精确多尺度有限元模型，同时考虑微结构各单胞间的连接问题，是保证预测精度与效率的关键。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于多尺度有限元方法的微结构材料弹性性能测定方法，在构建宏观有限元单元刚度矩阵的过程中，不同于常规多尺度有限元通过固定节点传递多尺度信息的特点，而是通过将虚拟节点与边界材料性质突变点结合，从而将微观单胞本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多尺度有限元方法的微结构材料弹性性能测定方法，其特征在于，根据超材料单胞结构形式与尺寸构建检测模型并对检测模型进行粗网格划分，并在划分后的网格上的突变位置附加虚拟节点；然后在得到的单胞上进行子网格划分，并建立宏观粗网格单元内部的子网格节点的位移与所有节点间的多尺度基函数关系，根据多尺度基函数推导得到粗网格单元刚度矩阵并组装得到整体刚度矩阵，从而获得宏观位移信息，即微结构材料弹性性能；所述的虚拟节点是指：在每个粗网格边界上对应单胞边界处材料性质突变位置附加的节点，其位置随单胞结构边界形式变化而变化，从而实现单胞结构的边界形式与虚拟节点形式一一对应。

【技术特征摘要】
1.一种基于多尺度有限元方法的微结构材料弹性性能测定方法，其特征在于，根据超材料单胞结构形式与尺寸构建检测模型并对检测模型进行粗网格划分，并在划分后的网格上的突变位置附加虚拟节点；然后在得到的单胞上进行子网格划分，并建立宏观粗网格单元内部的子网格节点的位移与所有节点间的多尺度基函数关系，根据多尺度基函数推导得到粗网格单元刚度矩阵并组装得到整体刚度矩阵，从而获得宏观位移信息，即微结构材料弹性性能；所述的虚拟节点是指：在每个粗网格边界上对应单胞边界处材料性质突变位置附加的节点，其位置随单胞结构边界形式变化而变化，从而实现单胞结构的边界形式与虚拟节点形式一一对应。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的粗网格划分是指：根据选用单胞形状、尺寸在检测模型的设计域上确定粗网格划分形式，单元尺寸与所用单胞尺寸一致，划分的网格所具有的节点为固有节点。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的虚拟节点进一步经过重合判断：当虚拟节点位置重合时，重合的两个节点合并为一个节点，否则保留全部节点。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的子网格划分是指：在虚拟节点和固有节点的基础上得到单胞，对每个单胞进行子网格划分，其形式与尺寸依据单胞结构特征确定，然后建立宏观粗网格单元内部子网格节点位移与所有节点，即粗网格原有节点与虚拟节点间的多尺度基函数关系。5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是，所述的多尺度基函数关系是指：ue_all＝NuE，其中：ue_all为粗网格内部子网格上所有节点的位移向量；uE为宏观粗网格单元节点的位移向量；N为各个节点基函数组成的矩阵：其中：k为子网格节点数目；基函数对于任何子网格节点，当采用普通多尺度有限元思想的表达式如下：当采用扩展的多尺度有限元思想，基函数表达形式如下：其中：n表示步骤二中确定的该单胞对应粗网格节点数目总和。6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述的采用扩展的多尺度有限元思想构造基函数，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱平，张涵寓，刘钊，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31