[发明专利]非均质各向异性硬化粒子周围界面体积分数的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种界面体积分数的计算方法，尤其涉及一种非均质各向异性硬化粒子周围界面体积分数的计算方法，属于颗粒复合介质微细观理论和数值试验技术领域。

背景技术

界面广泛地存在于各种非均质复合材料中，它的微观结构特征特别是体积分数对材料的宏观力学和传输性能产生显著的影响。但是，目前仍然无法利用实验的方法直接测量出材料中的界面体积分数。当前，国内外学者主要通过数值模拟和理论计算两种途径来获取界面体积分数信息。

在数值模拟方面，国内外学者通常采用的是Monte Carlo随机点采样法。该方法主要由两部分组成，第一部分是输入含有界面的复合材料三维结构信息，这就要求研究者们首先必须构造出满足复合材料自身特征的三维结构模型。早期的三维结构模型主要针对球形硬化粒子结构。但该结构过于简单，并不能反映复杂复合材料中硬化粒子的非均质各向异性特征。随后，含有旋转椭球形硬化粒子及其界面的三维结构模型被模拟并被运用至界面体积分数的数值模拟中，但数值模拟结果却存在很大的差异性。例如，美国标准技术研究所(NIST)的研究者们揭示的椭球粒子几何形状对界面体积分数作用的机制与最近国内学者的数值研究结果正好相反。就其原因，在于两者所建立的材料三维结构模型上的差异。但是，各向异性粒子的几何特征对界面体积分数的影响机理至今未有定论。Monte Carlo随机点采样算法的第二部分组成是针对构造出的三维结构实施随机点采样机制。在这个过程中，空间采样点与界面拓扑结构以及各向异性粒子间的相对空间位置的判断存在机器产生的误差以及消耗时间巨大的问题。因此，如何精确并高效地获取非均质性各向异性硬化粒子周围的界面体积分数成为界面体积分数研究的热点及难点问题。

相比较于数值模拟试验，理论方法无疑更加的高效精确。在理论方法中，球形粒子最邻近表面分布函数的提出为理论计算界面体积分数提供了可能，但其初始目的是用于计算复合介质中孔隙的exclusion概率，事实上孔隙的exclusion概率是与基体含量存在关联性。最早将球形粒子最邻近表面分布函数引入求取基体体积分数并延伸计算界面体积分数的是美国标准技术研究所(NIST)，然而该研究仅仅针对各向同性的球形粒子，没有包含任何各向异性特征。为了更深入研究非均质复合材料界面体积分数，国内外学者也关注了一些各向异性的硬化颗粒，如：椭球、正凸多面体粒子，可那些研究仅局限于数值模拟试验，正如上述，数值模拟方法的精度和效率受制于材料的三维结构模型的构建。因此，如何搭建一个理论框架来系统地计算非均质各向异性硬化粒子周围界面体积分数是复合介质中界面结构特征研究的重点及难点问题。

因此，建立一种概念清晰、理论简单、操作便利、适用范围广的非均质各向异性硬化粒子周围界面体积分数的理论框架，对推广和发展复合介质界面微结构关于宏观性能的作用机理分析具有十分重要的理论和现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，本发明提出了一种对于非均质各向异性硬化粒子周围界面体积分数的计算方法，其摆脱了之前只能针对最简单各向同性硬化球形粒子理论研究的技术约束以及数值模拟所产生的误差和效率低下的问题，使得界面体积分数的计算方法更具普适性和代表性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

非均质各向异性硬化粒子周围界面体积分数的计算方法，具体包含如下步骤：

步骤1，采用等效直径定义非均质各向异性硬化粒子的尺寸；

步骤2，根据等效直径计算非均质各向异性硬化粒子的平均体积和平均表面积，

<V>=π6<Deq3>]]>