【技术实现步骤摘要】
一种用于模拟脆性材料破坏的双线性自适应相场方法
本专利技术涉及计算力学领域，具体涉及一种用于模拟脆性材料破坏的双线性自适应相场方法。
技术介绍
相场模型作为基于有限元的新兴弥散方法，在模拟脆性材料断裂破坏时具有着众多优势，近年来逐渐被大量应用于岩石、混凝土、陶瓷、海冰等各类固体材料的分析和研究中。相场模型的主要任务之一是对材料破坏的裂纹扩展路径进行预测，为了达到模拟的精确度，需要在裂纹扩展位置对网格进行精细的划分，然而对整个计算域进行网格精细划分会大幅度增加计算量与耗时，人工区域划分又难以在不清楚裂纹扩展路径的情况下找到合理的区域进行网格细化，网格划分的质量直接决定模拟的精度，如何进行合理的网格划分始终是相场模型甚至其它模拟裂纹开展路径的方法难以解决的问题。本申请专利技术人在实施本专利技术的过程中，发现现有技术的方法，至少存在如下技术问题：相场模型一直致力于对脆性材料断裂过程的精确预测模拟，而合理的进行网格划分是保证计算精度的关键因素之一，在未知裂纹扩展路径的情况下人工对全部裂纹扩展的区域进行网格细化是几乎不...
【技术保护点】
1.一种用于模拟脆性材料破坏的双线性自适应相场方法，其特征在于，包括：/nS1：通过单轴拉伸实验确定材料参数，并选择相场变量和正则化长度尺度的值，其中，材料参数包括材料弹性模量、泊松比、能量释放率；/nS2：确定离散计算域的单元，并对单元创建积分点；/nS3：构建单元的基函数，并基于基函数构建单元的形函数，其中，形函数为双线性形函数；/nS4：建立相场模型的控制方程，控制方程的形式为：/n
【技术特征摘要】
1.一种用于模拟脆性材料破坏的双线性自适应相场方法，其特征在于，包括：
S1：通过单轴拉伸实验确定材料参数，并选择相场变量和正则化长度尺度的值，其中，材料参数包括材料弹性模量、泊松比、能量释放率；
S2：确定离散计算域的单元，并对单元创建积分点；
S3：构建单元的基函数，并基于基函数构建单元的形函数，其中，形函数为双线性形函数；
S4：建立相场模型的控制方程，控制方程的形式为：
其中，方程(1)的第一式称为弹性方程，第二式称为裂纹演化方程，第三式和第四式表示边界条件，Ω表示弹性体的求解域，Ωu为位移已知的边界，为外力已知的边界，Ωs'为相场的诺依曼边界，为散度符号，σ为应力张量，为位移场u的二次导数，ρ为弹性体的密度，Gc为材料的能量释放率，为历史场变量，表征裂纹扩展的不可逆性，s∈[0,1]为相场变量，s＝0代表材料完全破坏，s＝1代表材料完好无损，l0为正则化长度尺度，和分别为位移边界条件和力边界条件，n是边界上的外法向向量；
S5：建立有限元数值模型，将单轴拉伸实验得到的材料参数、确定的单元以及形函数带入有限元数值模型，并对求解域施加边界条件、荷载步，然后进行初步的网格划分；
S6：在预设荷载步对模型的控制方程进行求解，得到节点和单元的相场值；
S7：根据节点和单元的相场值，判断是否进行自适应网格划分，最终获得裂纹扩展过程。
2.如权利要求1所述的双线性自适应相场方法，其特征在于，S2中单元为四边形或者三角形。
3.如权利要求1所述的双线性自适应相场方法，其特征在于，S3具体包括：
在四边形中建立局部坐标系，构造适用于四边形网格的双线性形函数；
在三角形中建立局部坐标系，构造适用于三角形网格双线性形函数。
4.如权利要求3所述的双线性自适应相场方法，其特征在于，构造适用于四边形网格的双线性形函数，包括：
构建四边形的基函数，形式为：
其中，(ξ,η)为单元内任意点的局部坐标，(ξn,ηn)为单元内第n个节点的局部坐标，φ1、φ2、φ3、φ4分别代表四边形单元的四个角节点的基函数，φn为四边形单元的边界节点的基函数，α可取α1或α2，即与n节点位置相邻的两个节点编号；
根据四边形基函数得到双线性四边形单元形函数，形式为：
其中：β1为与节点α1位置相邻的除节点n以外的另一个节点编号，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王桥，岳强，周伟，刘彪，姬翔，田文祥，黄诚斌，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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