[发明专利]一种金属基复合材料中增强体分布构型的设计方法

权利要求书

1.一种金属基复合材料中增强体分布构型的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：

步骤一、采用Neper构建网络几何模型，所述几何模型包括原始Voronoi算法生成随机多面体模型，优化算法生成等轴晶胞状的网络结构模型和晶胞尺寸符合正态分布的网络结构；其中，网络平面由四边形、五边形、六边形、七边形和八边形构成；

步骤二、切割网络平面：当生成的网络平面是五边形、六边形、七边形和八边形时，分别对网络平面中的五边形、六边形、七边形和八边形进行切割，生成若干四边形；

步骤三、根据三维模型的几何参数对网络平面进行宽化网格和制作基体模型；所述宽化网格和制作基体模型选取的结构参数包括：三维模型的尺寸L，增强体形状和尺寸，增强体体积分数v，网络平面的总面积S_net；其中，所述增强体形状和尺寸包括晶须的端面半径r_section及长度或者颗粒半径r_particle；

步骤四、将增强体整齐排列到网络平面内，计算获得平面内排满增强体时所需要的增强体个数n，第i个网络平面上将包含增强体的个数n_i的值，然后根据获得的个数在平面内排满增强体，其中，V_{reinforcement}表示所选取增强体形状的体积，即V_particle或V_whisker；

步骤五、对复合材料的三维模型进行网格划分，采用有限元软件组装增强体、基体、宽化网络为一个实体，并对该实体划分三维网格，网格类型为4节点4面体网格，划分的网格总数为800000～850000个；

步骤六、采用Taylor等效塑性应变理论对金属基体和增强体的强度进行修正，采用Griffith断裂理论对增强体的断裂强度进行修正，并将修正后的材料属性赋予复合材料有限元模型；

步骤七、对所述有限元模型施加边界条件；

步骤八、对复合材料的拉伸试验过程进行数值仿真，获得复合材料在室温下的应力应变曲线并观察材料的变形、断裂行为。

2.根据权利要求1所述设计方法，其特征在于，步骤二所述五边形的切割方法包括：

步骤1、随机选取所述五边形的一对相对应的节点和边；

步骤2、平分选取的边生成此边的中点；

步骤3、连接选取的节点及生成的中点，剖分五边形为两个四边形。

3.根据权利要求1所述设计方法，其特征在于，步骤二所述六边形的切割方法包括：

步骤1、随机选取所述六边形相对应的两个节点；

步骤2、连接两点生成线段，将六边形剖分为两个四边形。

4.根据权利要求1所述设计方法，其特征在于，步骤二所述七边形的切割方法包括：

步骤1、随机选取所述七边形的相对应的两个节点；

步骤2、连接相对应两节点，将七边形切割为一个五边形和一个四边形；

步骤3、随机选取步骤2获得的五边形的一对相对应的节点和边；

步骤4、平分选取的边生成此边的中点；

步骤5、连接选取的点及生成的中点，剖分步骤2获得的五边形为两个四边形，进而将所述七边形切割为三个四边形。

5.根据权利要求1所述设计方法，其特征在于，步骤二所述八边形的切割方法包括：

步骤1、随机选取所述八边形的两组对应的一对节点；

步骤2、连接两组对应的一对节点；

步骤3、按照连线将八边形切割为3个四边形。