[发明专利]一种适用于周期动载荷的骨结构预测方法

权利要求书

1.一种适用于周期动载荷的骨结构预测方法，其特征在于，包括：

步骤一：确定要进行预测的骨结构的几何拓扑范围，并根据力学原理抽象出力学边界条件和载荷；

步骤二：对步骤一确定的骨结构进行建模；

步骤三：对步骤二得到的模型进行有限元网格划分，得到骨结构有限元网格模型；

步骤四：定义骨结构的初始表观密度，计算骨的材料性能参数弹性模量，并对每个单元定义材料属性；

步骤五：对骨结构有限元模型加载力学边界条件和载荷；

步骤六：对骨结构进行有限元分析求解；

步骤七：提取骨结构有限元模型各单元的主应力、米塞斯应力；

步骤八：根据各单元的应力值，计算疲劳寿命循环次数；

步骤九：计算一个应力谱周期各单元的损伤，即为力学激励；

步骤十：应用骨重建控制方程计算下一步的表观密度：

步骤十一：根据各单元新的表观密度计算得到各单元新的材料性能参数弹性模量：

步骤十二：对各单元重新定义材料参数；

步骤十三：骨量收敛判断，骨量趋于稳定，退出骨重建迭代循环，结束骨结构预测计算；否则转至步骤六开始下一步的迭代计算；

步骤十四：进入有限元分析后处理，进行各单元骨的表观密度显示，即得到预测的骨结构。

2.根据权利要求1所述一种适用于周期动载荷的骨结构预测方法，其特征在于，步骤四中计算骨的材料性能参数弹性模量，具体为；

E＝Cρ^γ-------------------(1)

式中E为弹性模量，ρ为骨的表观密度，单位体积骨的质量，用来表征骨内部结构特性，C、γ为常数。

3.根据权利要求1所述一种适用于周期动载荷的骨结构预测方法，其特征在于，步骤八中计算疲劳寿命循环次数，具体为：

logN_σ＝Hlogσ+JT+Kρ+M------------------(2)

式中，N_σ为疲劳寿命循环次数；σ为应力，T为温度；ρ为表观密度；H，J，K，M为经验常数。

4.根据权利要求1所述一种适用于周期动载荷的骨结构预测方法，其特征在于，步骤九中计算各单元的力学激励，具体为；

以积分步长Δt为一个应力谱周期，有σ₁，σ₂，…σ_k等k级应力，N₁,N₂,...N_K为对应应力的疲劳寿命循环次数，n₁,n₂,...n_K为对应应力的循环次数，S为力学激励，取一个应力谱周期的损伤。

5.根据权利要求1所述一种适用于周期动载荷的骨结构预测方法，其特征在于，步骤十中应用骨重建控制方程计算下一步的表观密度，具体为：

ρ_t+Δt＝ρ_t+B(S-K)Δt---------------------(5)

式(4)为微分方程，式(5)为数值计算迭代公式，式中ρ为骨的表观密度，单位体积骨的质量，用来表征骨内部结构特性；B为骨重建速率；S为力学激励，用来表征力学效应的幅度，取损伤作为力学激励；K为骨重建平衡态的力学激励；ρ_t为t时刻骨的表观密度，ρ_t+Δt为t+Δt时刻骨的表观密度，Δt为积分步长。