二维多孔材料等效弹性模量的计算方法技术

本发明专利技术公开了二维多孔材料等效弹性模量的计算方法，按照以下步骤进行：先建立二维多孔材料有限元计算模型，再划分网格，施加位移载荷并得到载荷固定端各节点沿等效弹性模量方向的合力，最后根据公式计算得到二维多孔材料有限元计算模型的等效弹性模量。本发明专利技术方法适用于规则和不规则构型二维多孔材料共异面方向上的等效模量的求解，且不受样品尺寸限制，具有简便性和快捷性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于二维多孔材料静力学性能参数计算
，涉及一种。
技术介绍
二维多孔材料分为规则和不规则构型两种，其中，规则构型二维多孔材料的常见结构形式有三角形、交替三角形、长方形、交替长方形、凸六边形、凹六边形、稀疏X形、密集X形、圆形、椭圆形、瓦楞形以及正弦波形等。不管是何种构型的二维多孔材料，当沿着共面或异面的方向施加低速类静态压缩载荷时，应力应变曲线都会包含线弹性、塑性屈服、平台区和密实化等变形过程。在线弹性变形阶段应力应变曲线的斜率为对应加载方向上二维多孔材料的等效弹性模量。快速准确地计算某一方向上的等效弹性模量，对于评价二维多孔材料的静力学性能具有重要的实际应用价值。目前，确定二维多孔材料某一方向上等效弹性模量的方法有实验法、理论法和有限元法。实验法是按照ASTM(American Society of Testing Materials)等试验标准中的相关标准进行类静态压缩试验，从得到的试验曲线上直接计算出相应的等效弹性模量。实验法需要按照相关标准进行试验，记录响应曲线，操作过程比较繁琐。而且实验法中所用的试验样品来自实际生产，因生产工艺所限，不能得到尺寸足够多的样品来进行试验。实验法还会消耗样品，不够经济。理论法是针对周期性规则二维多孔材料而言，截取其特征微单元，将其视为一定厚度的梁，根据某一方向上的宏观应力求得特征单元上的等效力，据此推导计算相关等效弹性模量。理论法虽然可以计算各种结构规则的二维多孔材料的等效弹性模量，也不用消耗试验样品，但不适合计算不规则结构二维多孔材料的等效弹性模量。已有的有限元法是截取周期性二维多孔材料的特征单元作为计算模型，对模型施加周期性边界条件，沿某一方向施加载荷，该载荷与理论法中得到的特征微单元的等效力相符，通过计算得到相应位移，结合微单元的原始尺寸最后计算求得相关的等效弹性模量(见孙德强，张卫红，孙玉瑾.蜂窝铝芯的弹性模量和材料效率分析.力学与实践，2008,30(1) :35 40.)。该方法是基于特征单元的有限元法，虽然克服了实验法的不经济、样品尺寸少等缺点，但周期性载荷施加复杂，甚至有时很难施加，而且不适合于计算不规则形状的二维多孔材料的等效弹性模量。
技术实现思路
本专利技术目的是提供，适用于规则和不规则构型二维多孔材料共异面方向上的等效模量的求解，且不受样品尺寸限制，具有简便性和快捷性。本专利技术所采用的技术方案是，一种，其特征在于，按照以下步骤进行步骤1、采用ANSYS/Multiphysics软件，建立二维多孔材料有限元计算模型，利用线弹性多层壳单元》ΙΘ1199将所述二维多孔材料有限元计算模型划分网格，使壳单元的厚度等于所述二维多孔材料有限元计算模型中壁面的厚度；将所述二维多孔材料有限元计算模型在等效弹性模量方向的底面定义为载荷固定端，将在等效弹性模量方向的顶面定义为载荷施加端，将载荷固定端上所有节点的位移和旋转自由度约束为零，并在载荷施加端上所有节点沿等效弹性模量方向施加位移载荷 Δ 1，启动ANSYS/Multiphysics软件，计算得到载荷固定端各节点沿等效弹性模量方向的合力Σ F;步骤2、计算所述二维多孔材料有限元计算模型的等效弹性模量Ε* :Ε*=1Χ Σ F/ ( *、Χ Δ1)，其中，1为该二维多孔材料有限元计算模型沿载荷方向上的长度，、为该二维多孔材料有限元计算模型沿载荷方向上横截面的长度，Sff为该二维多孔材料有限元计算模型沿载荷方向上横截面的宽度，Σ F为该二维多孔材料有限元计算模型载荷固定端各节点沿等效弹性模量方向的合力，Δ1为该二维多孔材料有限元计算模型载荷施加端上所有节点沿等效弹性模量方向施加的位移载荷。步骤1中，位移载荷Δ 1的取值范围为0. 002 0. 02mm。本专利技术方法的有益效果是，仅需要在建立二维多孔材料有限元计算模型的基础上，施加载荷即可求解，因此适用于规则和不规则两种构型二维多孔材料共异面方向上的等效弹性模量的求解；其次，本方法借助于现有ANSYS/Multiphysics软件，不需要施加周期性载荷，相比现有的有限元法来说实施起来更加简单，因此运算量小，具有简便性和快捷性；最后，其克服了实验法寻找各种尺寸样品难的问题，且不需要消耗样品，更经济可行。附图说明图1是本专利技术方法中二维多孔材料等效弹性模量有限元计算模型示意图；图2是六边形二维多孔材料的结构示意图；图3是六边形二维多孔材料有限元计算模型的结构示意图，其中，图3a是该六边形二维多孔材料X1方向上等效弹性模量的结构示意图，图: 是该六边形二维多孔材料& 方向上等效弹性模量的结构示意图，图3c是该六边形二维多孔材料&方向上等效弹性模量的结构示意图；图4是六边形二维多孔材料在X1方向上等效弹性模量E1*的变化曲线图，其中，图如是E1*的有限元解和理论值与边长比的关系曲线图，图4b是仏*的有限元解和理论值与扩展角的关系曲线图，图4c是E1*的有限元解和理论值与壁厚的关系曲线图；图5是六边形二维多孔材料在、方向上等效弹性模量E/的变化曲线图，其中，图如是氏*的有限元解和理论值与边长比的关系曲线图，图恥的有限元解和理论值与扩展角的关系曲线图，图5c是E/的有限元解和理论值与壁厚的关系曲线图；图6是六边形二维多孔材料在&方向上等效弹性模量E/的变化曲线图，其中，图 6a是E3*的有限元解和理论值与边长比的关系曲线图，图乩是仏*的有限元解和理论值与扩展角的关系曲线图，图6c的有限元解和理论值与壁厚的关系曲线图；图7是三角形二维多孔材料有限元计算模型示意图；图8是四边形二维多孔材料有限元计算模型示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术，按照以下步骤进行步骤1、采用ANSYS/Multiphysics软件，建立二维多孔材料有限元计算模型，利用线弹性多层壳单元》ΙΘ1199将二维多孔材料有限元计算模型划分网格，使壳单元的厚度等于二维多孔材料有限元计算模型中壁面的厚度；如图1所示，将二维多孔材料有限元计算模型在等效弹性模量方向的底面定义为载荷固定端，将在等效弹性模量方向的顶面定义为载荷施加端，将载荷固定端上所有节点的位移和旋转自由度约束为零，并在载荷施加端上所有节点沿等效弹性模量方向施加位移载荷Δ 1，启动ANSYS/Multiphysics软件，计算得到载荷固定端各节点沿等效弹性模量方向的合力Σ F ；位移载荷Δ1的取值范围为0. 002mm 0. 02mm。步骤2、计算二维多孔材料有限元计算模型的等效弹性模量IX Σ F/ ( *、Χ Δ1)，其中，1为该二维多孔材料有限元计算模型沿载荷方向上的长度，、为该二维多孔材料有限元计算模型沿载荷方向上横截面的长度，Sff为该二维多孔材料有限元计算模型沿载荷方向上横截面的宽度，Σ F为该二维多孔材料有限元计算模型载荷固定端各节点沿等效弹性模量方向的合力，Δ1为该二维多孔材料有限元计算模型载荷施加端上所有节点沿等效弹性模量方向施加的位移载荷。本专利技术方法适合于各种构型二维多孔材料等效弹性模量的计算。不管是规则还是不规则的二维多孔材料，只需要按材料实际尺寸来构建计算模型即可。为了能有效验证本专利技术方法计算结果的可靠性，如下相关实施例将以规则二维多孔材料为例来进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙德强，卫延斌，刘淼，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：