[发明专利]一种碎石增强高聚物复合材料的细观分析方法

权利要求书

1.一种碎石增强高聚物复合材料的细观分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

获取碎石增强高聚物复合材料中碎石的结构特征的参数值和统计模型；

基于所述参数值和所述统计模型，建立基于统计相似性的随机碎石数值模型，包括如下步骤：

(1)构造长为30mm、宽为15mm的平面空间，空间内碎石的形心采用蒙特卡罗法随机生成，每个形心，均验证其与已有形心的距离，若不满足两形心距离大于对应两多边形的半径和，则重新生成，直至所有形心满足要求；

(2)模型截面内碎石椭圆度取值服从碎石椭圆度统计模型的频率分布；

(3)模型截面内碎石粒径取值服从碎石粒径统计模型的频率分布；

(4)模型截面内碎石含量取50％；

对所述随机碎石数值模型中的所述碎石进行扩展，建立所述碎石增强高聚物复合材料的组成单元的坐标位置和组分，生成所述碎石增强高聚物复合材料的结构模型；

基于所述结构模型和给定的所述组成单元的材料属性，对所述随机碎石数值模型进行网格单元剖分，根据所述组成单元的受拉状态和/或受压状态，建立所述组成单元的本构关系和破坏准则；

建立所述随机碎石数值模型的边界条件，根据所述本构关系、所述破坏准则和所述组成单元的所述材料属性，计算所述碎石增强高聚物复合材料的力学性能。

2.根据权利要求1所述的碎石增强高聚物复合材料的细观分析方法，其特征在于：获取所述碎石的结构特征的参数值和统计模型的方法包括：

沿所述碎石增强高聚物复合材料的底面直径截开，获取所述碎石增强高聚物复合材料的截面图像；

对所述截面图像中的所述碎石界面进行等效变换，获取所述参数值；

获取所述截面图像中所述碎石的所述结构特征的变量值，基于所述变量值建立所述统计模型。

3.根据权利要求2所述的碎石增强高聚物复合材料的细观分析方法，其特征在于：建立所述统计模型的方法包括：

对所述截面图像进行图片重建，得到重建图像；

对所述重建图像内相互接触的所述碎石图像进行分割，得到散列图像；

对所述散列图像进行像素与单位转换，得到所述碎石的所述结构特征的所述变量值；

基于所述结构特征的所述变量值，建立所述结构特征的所述统计模型。

4.根据权利要求1所述的碎石增强高聚物复合材料的细观分析方法，其特征在于：生成所述碎石增强高聚物复合材料的所述结构模型的方法包括：

对所述随机碎石数值模型中的所述碎石进行扩展，得到所述组成单元的位置坐标；

基于所述组成单元的所述位置坐标，建立所述组成单元的组分；

基于所述位置坐标和所述组分，生成所述碎石增强高聚物复合材料的所述结构模型。

5.根据权利要求1所述的碎石增强高聚物复合材料的细观分析方法，其特征在于：所述网格单元剖分的方法包括：

基于所述结构模型和给定的所述组成单元的所述材料属性，对所述随机碎石数值模型按照预设尺寸进行网格剖分，并对所述组成单元进行等分剖分。

6.根据权利要求1所述的碎石增强高聚物复合材料的细观分析方法，其特征在于：所述边界条件的建立方法包括：

采用位移加载法，对所述随机碎石数值模型的加载端位置施加竖向位移荷载，并对所述随机碎石数值模型的非加载端位置施加位移固定约束。

7.根据权利要求6所述的碎石增强高聚物复合材料的细观分析方法，其特征在于：所述力学性能的计算方法包括：

502.按照预设的加载位移步长，对所述加载端位置施加所述竖向位移荷载；

504.根据所述本构关系和所述破坏准则，判断所述组成单元是否破坏，如果所述组成单元没有破坏，转入506；如果所述组成单元有破坏，改变所述组成单元的所述材料属性，重复502-504；

506.计算所述碎石增强高聚物复合材料的力学性能；如果没有达到预设的加载步数，改变所述加载位移步长，重复502-506。