[发明专利]一种碎石增强高聚物复合材料的细观分析方法

说明书

本发明公开了一种碎石增强高聚物复合材料的细观分析方法，获取碎石增强高聚物复合材料SRP中碎石的结构特征的参数值和统计模型，建立随机碎石数值模型和结构模型，经过网格单元剖分，并建立SRP各组成单元的本构关系和破坏准则，在建立SRP数值模型边界条件后，根据本构关系、破坏准则和SRP各组成单元的材料属性，计算SRP力学性能。本发明建立的数值模型能够反映真实界面中的碎石形貌，计算方法能够较好的预测和揭示SRP承受外部荷载作用时的弹性模量、强度变化和破坏过程，同时也证明了本数值模型的准确性、适用性和稳定性，为建立更加完善的SRP细观数值模型、找到微观结构与宏观性能之间的定量关系，提供了技术基础。

技术领域

本发明属于高聚物应用工程领域，具体涉及一种碎石增强高聚物复合材料的细观分析方法。

背景技术

碎石增强高聚物复合材料(Crushed-stone-reinforced Polymer，SRP)应用在复合地基中，负责承受重量和抵抗压力、冲击等荷载作用，其弹性模量和强度等力学性能是考察该新型材料特性和应用性的重要指标。SRP力学性能的研究是该新型材料应用和发展的前提，已有研究通过力学试验、理论模型和有限元模型对SRP的基本力学性能以及细观组份和宏观力学性能的关系进行了初步探索。

SRP和高聚物的强度和弹性模量均与基体高聚物的密度呈线性关系。SRP的抗压强度是等标称密度高聚物的2.5～3倍，弹性模量约为等标称密度高聚物的10倍。现有的关于SRP的研究，主要集中在SRP的宏观力学试验和高聚物碎石桩的模型试验及数值分析。关于

该材料的组成、结构和力学性能等属性值得进一步研究。因此，需要采用细观力学方法，建立细观结构与宏观性能之间的联系，探究SRP的力学性能和破坏机理，为SRP的工程应用提供依据，具有重要的科研意义和工程价值。

发明内容

本发明提出了一种碎石增强高聚物复合材料的细观分析方法，通过SRP中的碎石的结构特征，建立SRP数值模型和结构模型，进一步的通过对数值模型的处理，根据SRP内组成单元的本构关系、破坏准则和材料属性，计算SRP的力学性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种碎石增强高聚物复合材料的细观分析方法，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；

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。

优选的，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。

优选的，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；