一种脆性材料裂纹扩展的预测方法技术

本发明专利技术公开了一种脆性材料裂纹扩展的预测方法，包括以下步骤：通过空间网格多级划分，将脆性材料实体模型离散成一系列空间物质点；获取脆性材料的参数，并将其作为预测模型的输入；基于空间坐标，构建原型微脆模型本构关系，设置近场域和对偶域的大小，确定键力作用范围；确定初始边界条件，采用渐进式加载施加外力；采用显式迭代法，实时更新物质点位置、速度、加速度等物理力学信息，同时采用临界伸长率断键准则描述损伤开裂；输出不同时刻的位移结果、损伤结果，并记录损伤断裂的位置与时间，获取不同时刻的裂纹扩展路径。本发明专利技术解决了可变近场域尺寸带来的虚假应力波问题，能有效的预测分析脆性材料在荷载作用下的力学行为及破坏问题。破坏问题。破坏问题。

A prediction method of crack propagation in brittle materials

【技术实现步骤摘要】
一种脆性材料裂纹扩展的预测方法


[0001]本专利技术涉及一种脆性材料裂纹扩展的预测方法，尤其涉及一种基于对偶域近场动力学方法预测分析脆性材料在荷载作用下从细观裂纹产生到扩展直至破坏的全过程预测方法，属于材料结构破坏仿真
本专利技术能有效的预测分析脆性材料在荷载作用下的力学行为及断裂损伤问题。

技术介绍

[0002]材料的冲击破坏及断裂研究在工程应用领域一直具有重要的指导意义，无论是在航空航天，还是在机械制造、土木建筑领域，只要涉及到材料的安全可靠性，就离不开对材料或者工程结构的断裂分析。
[0003]脆性材料的破坏是由于在外应力和环境单独或共同作用下，材料内部产生许多微观缺陷，这些微观缺陷不能被肉眼所观察到，但是随着外部作用力或者环境因素的持续影响，这些微观缺陷继续扩展、相互汇合，将造成材料出现看得见的裂纹并最终导致材料失效和完全破坏。裂纹是破坏的重要表现形式，裂纹的出现往往有这样的特征：一方面，宏观裂纹的出现极易导致材料的低应力脆性断裂，即尽管应力远低于屈服强度，材料会出现突然的断裂，这与裂纹的出现改变了材料内部应力场分布有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脆性材料裂纹扩展的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过空间网格多级划分方法，将脆性材料实体模型离散成一系列空间物质点，允许非均匀离散化模型；(2)获取脆性材料的结构参数、材料性能参数、外部荷载参数，将它们作为预先构建的基于对偶域的近场动力学开裂路径预测模型的输入；(3)基于空间坐标，构建考虑材料脆性特征的原型微脆模型本构关系，设置近场域和对偶域的大小，确定键力作用范围；(4)确定脆性材料实体模型的初始边界条件，采用渐进式加载的方式施加外力；(5)采用显式迭代法进行动力学计算，实时更新物质点位置、速度、加速度物理力学信息，同时采用临界伸长率断键准则描述材料的损伤开裂；(6)输出不同时刻的位移结果、损伤结果，并记录损伤断裂的位置与时间，从而获取不同时刻的裂纹扩展路径。2.根据权利要求1所述的脆性材料裂纹扩展的预测方法，其特征在于，所述步骤(1)中的脆性材料实体模型的离散为：材料中某一物质点在其附近区域内，包含了一系列具有一定物理信息的相关物质点，为了方便数值计算，将材料离散成间距为Δx的有限个立方体；每个立方体的大小相等，排列方式均匀且占据一定的体积，通过小立方体的几何中心来表征划分单元的物理参数；提出对偶域的概念并将其应用到控制方程中，对偶域是由近场域衍生过来的，理解成一系列点的集合，集合的元素就是所有自身近场域中包含目标粒子的点；基于对偶域理论的近场动力学允许可变的近场域大小，因此将关注的细节区域用更小的粒子离散间距划分，在同一个物质体进行不同大小近场域的非均匀划分；划分的方式是逐级进行，先把空间离散成均匀的，大小相等的物质点，然后在关键区域进行二级划分；整合近场域与对偶域后的控制方程中作用力项也被扩展成两项，如下：模型经离散后，积分项在数值实现中为考虑为一定区域的求和形式，控制方程的离散给出如下：需要注意的是，作用力项的构成中的微模量c取决于物质点x的半径，...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴自立，谢金伟，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：