一种基于近场动力学复杂几何体破损微裂纹数值分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于近场动力学复杂几何体破损微裂纹数值分析方法，包括下述步骤：将待离散的复杂几何体导入UG；对目标样本模型进行离散处理；对离散后的目标样本模型进行预处理；定义近场动力学理论的初始变量并赋初值，确定物质点i的三维坐标;分别计算出目标样本模型中受力、非受力区域的加速度、速度、位移；根据物质点i的三维坐标，计算其邻域最外围坐标；计算物质点j坐标，并判断j坐标是否邻域内；i.计算物质点i、j间相对位置ξ，|ξ|，相对位移η及|η+ξ|；计算体积缩减因子vr、标量函数u、合力F；计算出物质点i的最终形变量；用最终形变量进行Matlab可视化分析。本发明专利技术能实现任意几何结构的近场动力学数值建模与分析。任意几何结构的近场动力学数值建模与分析。任意几何结构的近场动力学数值建模与分析。

【技术实现步骤摘要】
一种基于近场动力学复杂几何体破损微裂纹数值分析方法


[0001]本专利技术专利涉及一种破损微裂纹分析方法，具体涉及一种基于近场动力学复杂几何体破损微裂纹数值分析方法。

技术介绍

[0002]评价刀具的综合性能，常常研究其断裂、破损、裂纹等失效形式，传统的破损、裂纹等失效分析，往往通过切削实验所进行，运用该传统方法进行分析时，伴随着实验周期长、成本高、精度低等一系列问题。随着科学技术的不断发展，近场动力学理论被提出并不断完善，其作为描述力学行为的一种方法，其具有分子动力学与无网格化的优点，在避免了传统切削实验周期长、成本高等因素的同时，在模型的计算上也具有很高的计算精度。以往几何模型的离散一般仅适用于简单平面几何体，且常采用人为划分单元网格的方法，这就面临着方法通用性差、效率低、耗时长等问题，尤其是遇到复杂几何结构时，分析更为艰难。
[0003]因此，研究基于复杂几何体的通用离散与基于近场动力学理论的数值建模与分析方法，显得尤为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种基于近场动力学复杂几何体破损微裂纹数值分析方法。本专利技术能实现任意几何结构的近场动力学数值建模与分析。
[0005]本专利技术的技术方案：一种基于近场动力学复杂几何体破损微裂纹数值分析方法，包括下述步骤：a.将待离散的复杂几何体导入UG，获得目标样本模型；b.对目标样本模型进行离散处理；c.基于近场动力学理论的数值建模与分析对经步骤b离散后的目标样本模型进行预处理；d.在Visual Studio中，定义近场动力学理论的初始变量并赋初值，从而确定经步骤c预处理后的目标样本模型中物质点i的三维坐标，初始化作用力；物质点i为模型离散成的散点集中内的一个散点；e.分别计算出目标样本模型中受力区域与非受力区域的加速度、速度、位移；f.根据物质点i的三维坐标，计算其邻域最外围坐标；g.计算物质点j坐标；物质点j为以物质点i坐标为圆心，2倍邻域范围Hor为边长的立方体中的另一点；h.判断物质点j坐标是否在步骤f所述的邻域内；若在所述邻域范围内，令物质点j的坐标编号等于模型离散成的散点集中内与该j点相对应的坐标编号；若不在所述邻域范围内，令物质点j的坐标编号等于物质点i的坐标编号；i.利用物质点i、j的坐标编号计算物质点i、j间相对位置ξ，绝对值|ξ|，i、j间相对位移η及|η+ξ|；
k.计算体积缩减因子vr、标量函数u、合力F；l.计算物质点i最终加速度、速度、位移，从而计算出物质点i的最终形变量；m.用所述的最终形变量代替微裂纹数值进行Matlab可视化分析。
[0006]前述的基于近场动力学复杂几何体破损微裂纹数值分析方法中，步骤b中，离散处理的步骤包括：b1.利用基于UG二次开发的“离散体”模块，选择待离散的目标样本模型；b2.设置离散坐标系；b3.设置坐标系X、Y、Z三个方向的离散精度；b4.设置离散后数据的输出路径，对样本模型进行离散化处理；前述的基于近场动力学复杂几何体破损微裂纹数值分析方法中，步骤b4中，输出路径设置如下：输出的数据根据离散原理按从小到大的顺序从序号1开始编号，即根据X、Y、Z的先后顺序进行离散，最后输出为.txt格式的数据文件。
[0007]前述的基于近场动力学复杂几何体破损微裂纹数值分析方法中，步骤c中，预处理方法如下：根据Deform仿真分析结果，通过离散后各物质点的三维坐标，在Matlab软件中经过可视化处理，确定出目标样本模型的受力区域与作用力大小。
[0008]前述的基于近场动力学复杂几何体破损微裂纹数值分析方法中，步骤d中，初始变量包括：计算时间步长step，离散精度Grid、邻域范围Hor、材料密度density、加速度a、速度v、位移s、弹性系数张量c、弹性模量k、相对位置绝对值ad、相对位置+相对位移的绝对值ap、伸长率s1、极限伸长率s0、标量函数u、体积缩减因子vr、微元时间dt、x、y、z三向受力F1、F2、F3、定义文件与输出的文件名。
[0009]有益效果与现有技术相比，本专利技术实现了对复杂几何体基于近场动力学进行破损裂纹分析，构建一套完整的近场动力学数值建模与分析数值方法体系，以实现任意复杂几何结构的泛化离散与近场动力学数值建模与分析，为实现在刀具的破损、断裂等分析领域提供一种科学方法，降低了实验成本、缩短了实验周期、提高了实验精度。
[0010]传统的刀具破损分析实验，除了需要提供实验所需的材料外，还需有专门的实验及采集设备（如加工中心、传感器、数据采集器、测量仪等）方能进行实验，涉及到切削实验、信号放大、数据采集、数据处理等环节，一个周期约为3
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5天，实验可控性差，因而实验精度并不理想。例如传统采用声发射(AE)法检测刀具破损，需准备AE传感器、数据采集卡、立式加工中心等，其主要通过IR值描述切削过程中AE信号均方根（RMS）峰值的波动幅度（IR值为小数点后4位），间接判断刀具的破损状态。而至今鲜有进行有关切削过程刀具破损情况数值分析的研究工作，更没有基于近场动力学理论的断续切削过程刀具切削刃近域破损裂纹的相关研究工作。本专利技术基于近场动力学对复杂几何体破损微裂纹进行数值分析，采用本专利技术后，不必进行繁琐的切削实验，只需设置相应切削材料等参数，利用计算机便可进行刀具的破损数值分析与预测，实验材料及设备的成本较低，并能够准确模拟分析出刀具受冲击载荷后切削刃近域破损微裂纹起裂、扩展与合裂，数值分析后的精度可达小数点后16位，且实验周期仅约为1
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3天，周期短。
附图说明
[0011]附图1为本专利技术的框架示意图；附图2为本专利技术的基于UG二次开发“离散体”插件的工作界面；附图3为本专利技术的离散框架示意图；附图4为本专利技术的模型离散结果；附图5为本专利技术的破损数值建模与分析结果。
具体实施方式
[0012]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。
[0013]实施例1。一种基于近场动力学复杂几何体破损微裂纹数值分析方法，参见图1
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5：包括下述步骤：a.将待离散的复杂几何体导入UG，获得目标样本模型；b.对目标样本模型进行离散处理；c.基于近场动力学理论的数值建模与分析对经步骤b离散后的目标样本模型进行预处理；d.在Visual Studio中，定义近场动力学理论的初始变量并赋初值，从而确定经步骤c预处理后的目标样本模型中物质点i的三维坐标，初始化作用力；物质点i为模型离散成的散点集中内的一个散点；e.分别计算出目标样本模型中受力区域与非受力区域的加速度、速度、位移；f.根据物质点i的三维坐标，计算其邻域最外围坐标；g.计算物质点j坐标；h.判断物质点j坐标是否在步骤f所述的邻域内；若在所述邻域范围内，令物质点j的坐标编号等于模型离散成的散点集中内与该j点相对应的坐标编号；若不在所述邻域范围内，令物质点j的坐标编号等于物质点i的坐标编号；i.利用物质点i、j的坐标编号计算物质点i、j间相对位置ξ，绝对值|ξ|，i、j间相对位移η及|η+ξ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于近场动力学复杂几何体破损微裂纹数值分析方法，其特征在于，包括下述步骤：a.将待离散的复杂几何体导入UG，获得目标样本模型；b.对目标样本模型进行离散处理；c.基于近场动力学理论的数值建模与分析对经步骤b离散后的目标样本模型进行预处理；d.在Visual Studio中，定义近场动力学理论的初始变量并赋初值，从而确定经步骤c预处理后的目标样本模型中物质点i的三维坐标，初始化作用力；物质点i为模型离散成的散点集中内的一个散点；e.分别计算出目标样本模型中受力区域与非受力区域的加速度、速度、位移；f.根据物质点i的三维坐标，计算其邻域最外围坐标；g.计算物质点j坐标；物质点j为以物质点i坐标为圆心，2倍邻域范围Hor为边长的立方体中的另一点；h.判断物质点j坐标是否在步骤f所述的邻域内；若在所述邻域范围内，令物质点j的坐标编号等于模型离散成的散点集中内与该j点相对应的坐标编号；若不在所述邻域范围内，令物质点j的坐标编号等于物质点i的坐标编号；i.利用物质点i、j的坐标编号计算物质点i、j间相对位置ξ，绝对值|ξ|，i、j间相对位移η及|η+ξ|；k.计算体积缩减因子vr、标量函数u、合力F；l.计算物质点i最终加速度、速度、位移，从而计算出物质点i的最终形变量；m.用所述的最终形变量代替微裂纹数值进行Matlab可视化分析。2.根据权利要求1所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋宏婉，邓静，岳熙，田初春，周小容，
申请(专利权)人：贵州理工学院，
类型：发明
国别省市：