[发明专利]一种高聚物材料力学性能的细观分析方法

说明书

本发明公开了一种高聚物材料力学性能的细观分析方法，具体步骤包括：S1.构建高聚物细观几何模型：采集高聚物微观结构特征，根据不同密度对所述高聚物微观结构特征进行统计处理，获得所述高聚物细观几何模型；S2.基于几何均匀性代表体的定义和确定方法，对高聚物细观几何模型进行尺寸确定；S3.基于确定尺寸后的高聚物细观几何模型，进行所述物几何模型的单元划分，力学参数和边界条件设置，获得所述高聚物细观有限元模型，进行数值计算；S4.根据高聚物细观有限元计算结果对高聚物材料的力学性能进行分析并得出结论。本发明为高聚物材料的力学性能和破坏机理进行细观分析并且准确的获取参数，提高了对力学性能的分析的准确性。

技术领域

本发明涉及图像处理和分析的方法对高聚物微观形貌进行定量分析领域，特别是涉及一种高聚物材料力学性能的细观分析方法。

背景技术

高聚物材料广泛应用于土木、水利、交通工程中的地基加固、防渗补漏、道路修复等工程。在细观层次上研究高聚物的宏观力学特性和破坏过程已成为一个热点，而细观数值模拟借助计算机强大的运算能力为该热点提供了从细观层次上精确研究宏观力学性能的途径。为此，本发明采用图像处理和分析技术，提取和统计高聚物扫描电镜图片的细观结构信息，构建基于统计相似性的细观几何模型，确定基于细观参数统计特征的高聚物几何代表体。完成合适的本构关系及破坏准则选择，并进行高聚物单轴拉伸和压缩试验的细观数值模拟，探究高聚物材料的力学性能和破坏机理。为高聚物材料的工程应用提供理论依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种高聚物材料力学性能的细观分析方法，以解决上述现有技术存在的问题，使探究高聚物材料的力学性能和破坏机理，更高效，分析结果更准确。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种高聚物材料力学性能的细观分析方法，包括以下步骤：

S1.构建高聚物细观几何模型：采集高聚物微观结构特征，根据不同密度对所述高聚物微观结构特征进行统计，获得所述高聚物细观几何模型；

S2.根据所述高聚物细观几何模型，构建高聚物细观几何模型整体样本，基于所述高聚物细观几何模型整体样本，通过截取的方式获取高聚物细观几何模型子样本，对所述高聚物细观几何模型子样本进行处理得到高聚物代表体的尺寸；

S3.根据所述高聚物代表体的尺寸设置高聚物细观几何模型尺寸，对所述高聚物细观几何模型进行处理，获得所述高聚物细观有限元模型，对所述高聚物细观有限元模型进行数值计算，获得高聚物细观有限元模型计算结果；

S4.根据所述高聚物细观有限元模型计算结果对高聚物材料的力学性能进行分析并得出结论。

优选地，所述S1中采集高聚物微观结构特征方法为：对高聚物材料的扫描电镜图像进行预处理，对预处理后的图像进行图像重建，通过剔除杂质的方式对重建后的图像去除不完整的边缘，获得去除杂质的图像，基于所述去除杂质的图像进行像素分析与单位转换处理获得所述高聚物微观结构特征。

优选地，所述高聚物微观结构特征具体包括：泡孔孔径分布和高聚物泡孔含量。

优选地，所述S2中确定所述高聚物代表体的尺寸过程具体为：

步骤一、获取所述高聚物细观几何模型结构特征中的三个变量，分别为：取泡孔含量、孔径参数和标准差；

步骤二、获取随机泡孔样本作为所述高聚物细观几何模型整体样本；

步骤三、通过随机位置、尺寸由从小到大的顺序选取所述高聚物细观几何模型子样本；

步骤四、确定基于子样本随机性误差的稳定尺度，记为L₁；

步骤五、确定基于整体相似性的稳定尺度，记为L₂；