申请/专利权人：西北工业大学

申请日：2023-12-29

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN117807838A

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G16C60/00;G06F17/13;G06F111/10;G06F113/26;G06F119/14

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.19#实质审查的生效;2024.04.02#公开

摘要：一种用于SiCSiC复合材料细观裂纹模拟的相场内聚力数值模拟方法，该方法适用于复合材料领域中所有涉及到的含有束状SiC纤维、PyC边界层以及SiC基体的各类SiCSiC复合材料细观裂纹的数值模拟与预测，步骤如下：1、建立预置裂纹的SiCSiC复合材料细观二维模型：建立包含SiC基体、PyC边界以及SiC纤维的SiCSiC复合材料细观二维模型；对预置裂纹进行建模；进行单元网格划分。2、设置材料属性：分别设定SiC基体，PyC边界以及SiC纤维的材料属性。3、添加计算模块：设定相场内聚力控制方程并设置偏微分方程求解器进行求解，添加固体力学模块。4、对SiCSiC复合材料细观二维模型相应的位置进行加载或约束：设置加载方式和加载速率。5、求解器配置与计算：调整求解器配置并进行求解。

主权项：1.一种用于SiCSiC复合材料细观裂纹模拟的相场内聚力数值模拟方法，其特征在于：该方法适用于所有含有束状SiC纤维、PyC边界层以及SiC基体的各类SiCSiC复合材料细观裂纹的数值模拟与预测，该方法借助相场内聚力理论模型对细观几何下的SiCSiC复合材料的裂纹扩展行为开展准确、高效地模拟，该相场内聚力理论模型包括相场内聚力标量场和固体力学位移场，其中相场内聚力标量场与固体力学位移场通过一组耦合方程相互作用，以此模拟SiCSiC复合材料的细观裂纹以及与断裂相关的力学响应并实现对SiCSiC复合材料细观裂纹的生长情况的预测，步骤如下：步骤1、建立预置裂纹的SiCSiC复合材料细观二维模型：步骤1.1：根据实际工况，设置SiCSiC复合材料截面的几何尺寸，对复合材料SiC基体截面进行二维建模得到SiC基体二维模型，设置SiC纤维数量、半径、位置以及PyC边界层的厚度，在SiC基体二维模型中划分SiC基体求解域、PyC边界求解域以及SiC纤维求解域，建立SiCSiC复合材料细观二维模型；步骤1.2：设置预置裂纹长度与宽度，确定预置裂纹位置，在SiCSiC复合材料细观二维模型上构建预置裂纹的几何，得到预置裂纹的SiCSiC复合材料细观二维模型；步骤1.3：网格划分，在预置裂纹与SiC纤维之间的区域上进行网格加密处理，使计算结果更精确，在剩余部位粗化网格，以提高计算效率；其中：构建用来控制网格最大尺寸的参数MaxElementSize，用来控制网格的最大尺寸；步骤2、设置材料属性：通过设置常量的方式分别设置SiC基体、PyC边界层和SiC纤维的材料属性，材料属性包括：临界能量释放率Gc，杨氏模量E，泊松比μ，破坏强度ft；步骤3、添加计算模块：步骤3.1、设定相场内聚力控制方程及相关参数，并设置偏微分方程求解器求解相场内聚力控制方程，设置退化函数ωd、应变能密度最大值H、裂纹几何函数αd，设置相关的参数Cα、b；其中，根据统一相场理论，相场内聚力控制方程为： 其中：d——相场值，待求解，用来描述断裂情况，0代表完全完好，1代表完全断裂；ωd——退化函数，用来反映由于断裂损伤而导致的应变能的折减；ω′d——退化函数的一阶导数；H——应变能密度最大值，表示某点处应变能密度在[0，t]时间段内的历史最大值；Gc——临界能量释放率，与材料属性有关，在步骤2中设定；αd——裂纹几何函数；α′d——裂纹几何函数的一阶导数；Cα——比例常数；b——相场模型特征宽度，用来控制裂纹弥散程度；步骤3.2：根据SiCSiC复合材料所处环境的真实服役工况，添加用于模拟SiCSiC复合材料断裂行为的固体力学计算模块，设置固体力学二维近似方式为平面应变或平面应力，以及材料厚度h，设置结构瞬态特性为准静态；步骤4、对SiCSiC复合材料细观二维模型相应的位置进行加载或约束：综合考虑SiCSiC复合材料的加载情况，在步骤1所建立的预置裂纹的SiCSiC复合材料细观二维模型以及步骤3.2所添加的固体力学计算模块的基础上，对SiCSiC复合材料相应的位置进行加载或约束，使其与实际工况中的加载位置、加载方式、加载速率和受力特征相同；步骤5：求解器配置与计算：选择瞬态求解器，根据需求设置输出时步，将位移场与裂纹相场进行分离求解，调整收敛方式，设定求解使用内核数，进行求解，并对步骤3.1中所设置的待求解参数相场值d进行输出。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 西北工业大学 用于SiC/SiC复合材料细观裂纹模拟的相场内聚力数值模拟方法

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