[发明专利]多相复合材料的等效渗透系数细观尺度研究方法

权利要求书

1.一种多相复合材料的等效渗透系数细观尺度研究方法，其特征在于，包含如下步骤：

1)建立数值模拟模型，通过Monte Carlo算法实现多相复合材料内部结构的空间分布随机性：

具体包括：输入以下参数：模拟试样的尺寸、各相几何尺寸以及渗透系数；通过MonteCarlo算法实现多相复合材料内部结构的空间分布随机性，建立有限元模型；通过MonteCarlo算法实现多相复合材料内部结构的非均质性，各分散相之间随机分布在基质中，且互不交叠，主要通过“拿和放”方法实现；

所述“拿和放”方法，即先拿一个分散相颗粒，尝试放入模型中；一旦发现该分散相颗粒与模型中已存在的某一分散相重合了，再拿出来，然后再次尝试放入模型，该过程一直持续到找到合适的分散相位置；

2)针对建立的数值模拟模型，进行有限元网格划分：

将建立的数值模拟模型导入到有限元计算软件中，编辑算法，识别不同相之间的边界，控制不同边界的网格剖分尺寸，实现自由网格剖分；

3)对模拟试样施加边界条件：

结合达西定律进行渗透系数的预测；在模拟试样上下表面施加相应的水头差，左右表面为不透水边界；

4)在给定的边界条件下，进行有限元求解计算；结合达西定律基本原理，推导多相复合材料的等效渗透系数计算公式，并将有限元计算得到的试样顶部的渗流密度，带入公式得到等效的渗透系数；

经过有限元软件进行渗流计算后，可以得到模拟试样顶部节点的渗流量，将其带入基于达西定律推导的计算公式，其形式具体为：

ΔQ/Δt＝νA＝kiA；

其中，ΔQ/Δt为单位时间内通过的渗流流量，k表示渗透系数，A为与水流方向正交的截面面积，i表示水力梯度；考虑施加的边界条件与模型尺寸，上式可表示为：

其中，q_i为试样顶部每个节点的渗流量mm/s；n为节点个数，H_top和H_bottom分别为上下表面的水头值，L为沿水流方向的试样长度，k_eff为最终非均质材料的等效渗透系数mm/s。