本发明专利技术公开了一种镁基复合材料的细观损伤数值模拟方法、装置及设备，建立三维碳纳米管随机分布的镁基复合材料模型，镁基复合材料模型包括碳纳米管模型和镁基复合材料基体模型；在碳纳米管模型的表面建立用于代替镁基复合材料界面相的内聚力单元，得到具有界面的碳纳米管模型；对镁基复合材料RVE网格模型施加周期性边界条件和载荷边界条件，并赋予具有界面的碳纳米管模型和镁基复合材料基体模型间的接触属性以及约束边界条件，得到包含边界条件的镁基复合材料RVE网格模型；将镁基复合材料的材料属性和边界条件输入镁基复合材料的细观损伤数值模拟分析模型，计算得到细观损伤数值模拟结果。本发明专利技术能解决镁基复合材料细观损伤机制研究不充分的问题。损伤机制研究不充分的问题。损伤机制研究不充分的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种镁基复合材料的细观损伤数值模拟方法、装置及设备
[0001]本专利技术属于复合材料有限元分析
，具体涉及一种镁基复合材料的细观损伤数值模拟方法、装置及设备。
技术介绍
[0002]镁基复合材料具有密度低、比强度高、可回收性好等优点，广泛应用于新能源汽车、载人航天器、医疗器械、电子封装等领域。然而，镁基复合材料服役环境恶劣、载荷工况多变，从而导致复合材料损伤失效形式复杂难以研究。
[0003]目前，复合材料细观损伤机制研究例如，专利申请号为CN113971354A提供了一种纳米复合材料弯曲断裂损伤研究的有限元方法，但是其只是针对复合材料二维模型、且增强体为颗粒，不能对复合材料三维的真实结构及损伤机制做出有效应用，且对纳米级纤维增强体不适用。由于复合材料结构复杂，同时增强体与基体之间的界面存在，导致复合材料的结构发生很大变化，界面损伤形式对于复合材料的失效具有很大的影响。但是当前对于镁基复合材料微观层面的损伤机制探究还不明确，研究镁基复合材料的细观损伤机制对于镁基复合材料的设计、性能调控至关重要，亟需一种镁基复合材料的细观损伤数值模拟方法来解决这个问题。
技术实现思路
[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种镁基复合材料的细观损伤数值模拟方法、装置及设备，能够解决镁基复合材料细观损伤机制研究不够充分的问题，并提高了数值模拟方法的预测准确性。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种镁基复合材料的细观损伤数值模拟方法，包括：
[0007]建立三维碳纳米管随机分布的镁基复合材料模型，所述镁基复合材料模型包括碳纳米管模型和镁基复合材料基体模型；
[0008]在所述碳纳米管模型的表面建立用于代替镁基复合材料界面相的内聚力单元，得到具有界面的碳纳米管模型；
[0009]将所述具有界面的碳纳米管模型和所述镁基复合材料基体模型进行布尔操作和装配，得到镁基复合材料RVE模型；
[0010]对所述镁基复合材料RVE模型中的基体相、界面相和增强体相分别赋予相应的材料属性，并对所述镁基复合材料RVE模型赋予基体损伤本构模型以及内聚力本构准则，得到包含材料属性的镁基复合材料RVE模型；
[0011]对所述包含材料属性的镁基复合材料RVE模型进行网格划分，得到镁基复合材料RVE网格模型；
[0012]对所述镁基复合材料RVE网格模型施加周期性边界条件和载荷边界条件，并赋予所述具有界面的碳纳米管模型和所述镁基复合材料基体模型间的接触属性以及约束边界
条件，得到包含边界条件的镁基复合材料RVE网格模型；
[0013]对所述包含边界条件的镁基复合材料RVE网格模型赋予有限元分析模式，得到镁基复合材料的细观损伤数值模拟分析模型；
[0014]将实验得到的镁基复合材料的材料属性和边界条件输入所述镁基复合材料的细观损伤数值模拟分析模型，计算得到细观损伤数值模拟结果，所述数值模拟结果包括应力场、应变场和损伤场。
[0015]进一步地，所述建立三维碳纳米管随机分布的镁基复合材料模型，包括：
[0016]基于随机吸附序列算法编写用于生成三维碳纳米管随机分布的镁基复合材料模型的脚本；
[0017]向所述脚本赋予碳纳米管的体积比，
[0018]向所述脚本赋予镁基复合材料模型的类型为3D类型RVE；
[0019]向所述脚本赋予镁基复合材料模型的基本尺寸，所述基本尺寸包括镁基复合材料基体模型的边长尺寸以及碳纳米管模型的长度和直径；
[0020]运行赋予参数后的脚本，生成三维碳纳米管随机分布的镁基复合材料模型。
[0021]进一步地，利用Abaqus有限元仿真软件运行赋予参数后的脚本，生成三维碳纳米管随机分布的镁基复合材料模型。
[0022]进一步地，所述用于代替镁基复合材料界面相的内聚力单元的厚度为0。
[0023]进一步地，所述包含材料属性的镁基复合材料RVE模型中，材料属性包括：
[0024]镁基复合材料基体模型的材料属性、失效模式、损伤判断准则和损伤演化；
[0025]界面相的材料属性、双线性分离准则和内聚力单元的参数，所述内聚力单元的参数包括界面相厚度、面作用力和界面分离参数；
[0026]碳纳米管模型的材料属性和损伤模式。
[0027]进一步地，所述对所述包含材料属性的镁基复合材料RVE模型进行网格划分，具体如下：
[0028]采用三节点四面体单元对所述包含材料属性的镁基复合材料RVE模型中的镁基复合材料基体模型和碳纳米管模型分别进行网格划分；
[0029]采用六节点三维粘结单元对所述包含材料属性的镁基复合材料RVE模型中的界面相内聚力单元进行网格划分。
[0030]进一步地，所述对所述镁基复合材料RVE网格模型施加周期性边界条件，包括：
[0031]基于Python语言编写用于对所述镁基复合材料RVE网格模型施加周期性边界条件的脚本；
[0032]所述脚本将所述镁基复合材料RVE网格模型的相对面、相对边和相对顶点上所有网格结点耦合，完成周期性边界条件的施加；
[0033]所述对所述镁基复合材料RVE网格模型施加载荷边界条件，包括：
[0034]在Y轴上表面采用面载荷对所述镁基复合材料RVE网格模型施加载荷边界条件，载荷方向为Y轴正向，载荷方式为平滑分析步。
[0035]进一步地，所述有限元分析模式为动力学显式分析模式。
[0036]一种镁基复合材料的细观损伤数值模拟装置，包括：
[0037]第一建立模块，用于建立三维碳纳米管随机分布的镁基复合材料模型，所述镁基
复合材料模型包括碳纳米管模型和镁基复合材料基体模型；
[0038]第二建立模块，用于在所述碳纳米管模型的表面建立用于代替镁基复合材料界面相的内聚力单元，得到具有界面的碳纳米管模型；
[0039]装配模块，用于将所述具有界面的碳纳米管模型和所述镁基复合材料基体模型进行布尔操作和装配，得到镁基复合材料RVE模型；
[0040]第一赋予模块，用于对所述镁基复合材料RVE模型中的基体相、界面相和增强体相分别赋予相应的材料属性，并对所述镁基复合材料RVE模型赋予基体损伤本构模型以及内聚力本构准则，得到包含材料属性的镁基复合材料RVE模型；
[0041]网格划分模块，用于对所述包含材料属性的镁基复合材料RVE模型进行网格划分，得到镁基复合材料RVE网格模型；
[0042]第二赋予模块，用于对所述镁基复合材料RVE网格模型施加周期性边界条件和载荷边界条件，并赋予所述具有界面的碳纳米管模型和所述镁基复合材料基体模型间的接触属性以及约束边界条件，得到包含边界条件的镁基复合材料RVE网格模型；
[0043]第三赋予模块，用于对所述包含边界条件的镁基复合材料RVE网格模型赋予有限元分析模式，得到镁基复合材料的细观损伤数值模拟分析模型；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种镁基复合材料的细观损伤数值模拟方法，其特征在于，包括：建立三维碳纳米管随机分布的镁基复合材料模型，所述镁基复合材料模型包括碳纳米管模型和镁基复合材料基体模型；在所述碳纳米管模型的表面建立用于代替镁基复合材料界面相的内聚力单元，得到具有界面的碳纳米管模型；将所述具有界面的碳纳米管模型和所述镁基复合材料基体模型进行布尔操作和装配，得到镁基复合材料RVE模型；对所述镁基复合材料RVE模型中的基体相、界面相和增强体相分别赋予相应的材料属性，并对所述镁基复合材料RVE模型赋予基体损伤本构模型以及内聚力本构准则，得到包含材料属性的镁基复合材料RVE模型；对所述包含材料属性的镁基复合材料RVE模型进行网格划分，得到镁基复合材料RVE网格模型；对所述镁基复合材料RVE网格模型施加周期性边界条件和载荷边界条件，并赋予所述具有界面的碳纳米管模型和所述镁基复合材料基体模型间的接触属性以及约束边界条件，得到包含边界条件的镁基复合材料RVE网格模型；对所述包含边界条件的镁基复合材料RVE网格模型赋予有限元分析模式，得到镁基复合材料的细观损伤数值模拟分析模型；将实验得到的镁基复合材料的材料属性和边界条件输入所述镁基复合材料的细观损伤数值模拟分析模型，计算得到细观损伤数值模拟结果，所述数值模拟结果包括应力场、应变场和损伤场。2.根据权利要求1所述的一种镁基复合材料的细观损伤数值模拟方法，其特征在于，所述建立三维碳纳米管随机分布的镁基复合材料模型，包括：基于随机吸附序列算法编写用于生成三维碳纳米管随机分布的镁基复合材料模型的脚本；向所述脚本赋予碳纳米管的体积比，向所述脚本赋予镁基复合材料模型的类型为3D类型RVE；向所述脚本赋予镁基复合材料模型的基本尺寸，所述基本尺寸包括镁基复合材料基体模型的边长尺寸以及碳纳米管模型的长度和直径；运行赋予参数后的脚本，生成三维碳纳米管随机分布的镁基复合材料模型。3.根据权利要求2所述的一种镁基复合材料的细观损伤数值模拟方法，其特征在于，利用Abaqus有限元仿真软件运行赋予参数后的脚本，生成三维碳纳米管随机分布的镁基复合材料模型。4.根据权利要求1所述的一种镁基复合材料的细观损伤数值模拟方法，其特征在于，所述用于代替镁基复合材料界面相的内聚力单元的厚度为0。5.根据权利要求1所述的一种镁基复合材料的细观损伤数值模拟方法，其特征在于，所述包含材料属性的镁基复合材料RVE模型中，材料属性包括：镁基复合材料基体模型的材料属性、失效模式、损伤判断准则和损伤演化；界面相的材料属性、双线性分离准则和内聚力单元的参数，所述内聚力单元的参数包括界面相厚度、面作用力和界面分离参数；
碳纳米管模型的材料属性和损伤模式。6.根据权利要求1所述的一种镁基复合材料的细观损伤数值模拟方法，其特征在于，所述对所述包含材料属性的镁基复合材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈明杰，韩宝健，方子文，金加庚，郝振，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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