构建功能梯度材料的疲劳裂纹扩展相场模型的方法技术

构建功能梯度材料的疲劳裂纹扩展相场模型的方法，涉及断裂力学技术领域

【技术实现步骤摘要】
构建功能梯度材料的疲劳裂纹扩展相场模型的方法


[0001]本专利技术涉及断裂力学

。

技术介绍

[0002]材料分为均匀材料和非均匀材料，材料的疲劳裂纹通常分为三个阶段：裂纹萌生阶段，稳定的裂纹扩展阶段和突然的断裂阶段
。
关于材料断裂破坏的研究大约有
100
年，并取得了一些显著的代表性成果；目前比较常用的数值模拟方法包括
:
扩展有限元方法
(XFEM)、
广义有限元法
(GFEM)、
内聚力单元法和近场动力学方法等
。
但这些方法大多需要预先知道裂纹路径，且由于在裂纹面含有非连续位移场，需要在裂纹尖端放置特殊单元，这给数值模拟带来了难度
。
[0003]功能梯度材料
(FGM)
属于非均匀材料，在功能梯度材料
(FGM)
的众多破坏形式中，疲劳破坏是最常见的形式
。
疲劳失效过程是由循环变化载荷驱动的裂纹萌生和随后的裂纹扩展过程
。/>[0004]现有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
构建功能梯度材料的疲劳裂纹扩展相场模型的方法，其特征在于，该方法包括：步骤一
、
根据功能梯度材料的多维裂纹相场得到裂纹表面密度函数其中，
φ
为多维裂纹相场，为多维裂纹相场
φ
的梯度；步骤二
、
根据功能梯度材料的所有组成成分在空间坐标系下的体积分数，获取功能梯度材料各位置处的杨氏模量
E(x)、
泊松比
μ
(x)
和能量释放率
G
c
(x)
，再根据杨氏模量
E(x)、
泊松比
μ
(x)
得到弹性应变能密度函数
ψ0(
ε
,x)
；其中，
x
为功能梯度材料上的位置，
ε
为总应变张量；步骤三
、
根据步骤一得到的裂纹表面密度函数以及步骤二中得到的弹性应变能密度函数
ψ0(
ε
,x)
和能量释放率
G
c
(x)
，得到系统总势能；步骤四
、
利用变分法从系统总势能中导出功能梯度材料的初始相场模型；步骤五
、
在初始相场模型中引入用于表示损伤累积的疲劳退化函数，从而得到功能梯度材料的疲劳裂纹扩展相场模型
。2.
根据权利要求1所述的构建功能梯度材料的疲劳裂纹扩展相场模型的方法，其特征在于，步骤二中
、
根据杨氏模量
E(x)、
泊松比
μ
(x)
得到弹性应变能密度函数
ψ0(
ε
,x)
的具体过程包括：步骤二一
、
根据杨氏模量
E(x)
和泊松比
μ
(x)
，得到剪切模量
G(x)
和拉梅常数
λ
(x)
；其中，中，步骤二二
、
由剪切模量
G(x)
和拉梅常数
λ
(x)
，构建弹性应变能密度函数
ψ0(
ε
,x)
；其中，
ε1、
ε2和
ε3分别表示第一至第三主应变分量
。3.
根据权利要求1所述的构建功能梯度材料的疲劳裂纹扩展相场模型的方法，其特征在于，步骤三中
、
根据步骤一得到的裂纹表面密度函数以及步骤二中得到的弹性应变能密度函数
ψ0(
ε
,x)
和能量释放率
G
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇鸾，严实，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：