[发明专利]非平面波在多胞材料中传播的波阵面识别方法

权利要求书

1.非平面波在多胞材料中传播的波阵面识别方法，其特征在于，包括：

通过细观数值仿真方法，建立多胞材料的数值仿真模型，并开展爆炸或冲击条件下的动态数值模拟，多胞材料分为规则型和随机型细观结构；对于非规则型细观结构的多胞材料，采用3D-Voronoi随机细观结构构建有限元模型，具体为：

在指定的材料宏观区域Π₀内按照均匀概率分布散布N个成核点，并且控制成核点间的距离δ不小于给定的距离δ_min：

                            (1)

（1）式中，k为非规则型细观结构的多胞材料中表征细观结构的不规则度；δ₀是十四面体Kelvin胞棱拓扑结构任意成核点件的最小距离：

                          (2)

（2）式中，V_cell是单胞的体积；

满足以上条件产生成核点后，通过MATLAB中Voronoi函数生成胞棱、胞面几何信息，采用Hypermesh的壳单元对胞面进行网格划分，在有限元软件ABAQUS中设非规则型细观结构的多胞材料胞壁厚度为t，得到非规则型细观结构的多胞材料细观结构的数值仿真模型，并开展爆炸或冲击条件下的动态数值模拟；

通过局部应变场计算方法，得到多胞材料的局部应变场；具体为：

获取非规则型细观结构的多胞材料细观结构非平面冲击波过程中节点处的正应变分量和节点处的剪应变分量，两种分量组成工程应变张量并由Green应变张量通过连续介质力学方法进行求解；

根据连续介质力学中采用Green应变张量E对局部变形的表征：

                          (3)

（3）式中，F是变形梯度，I是单位张量，上标T表示张量的装置，在多胞材料中，采用基于最小二乘法的离散局部变形梯度来描述多胞性带来的离散位移场，得到多胞材料的局部应变场；

采用连续介质力学计算方法，将Green应变张量转化为工程应变张量；

通过八面体等效应变计算方法，得到材料各节点所组成的八面体等效应变场，并通过软件确定非平面波阵面位置；具体为：

以上获取的工程应变张量表示节点处的应变状态，但其属性为工程应变张量，映射到非规则型细观结构的多胞材料细观结构时高度依赖载荷的类型和方向；考虑正应变和剪应变影响，对工程应变张量进行完备考虑，将工程应变张量由2阶映射为0阶，采用八面体等效应变计算方法，以八面体等效应变进行0阶表征，从而形成八面体等效应变场，八面体等效应变ε_eff为：

(12)

其中，ε_st是Green应变张量的分量，下标s和t分别取1，2，3。

2.根据权利要求1所述的非平面波在多胞材料中传播的波阵面识别方法，其特征在于：对于规则型细观结构的多胞材料，利用有限元方法周期性构建有限元模型。

3.根据权利要求1所述的非平面波在多胞材料中传播的波阵面识别方法，其特征在于：根据材料各节点所组成的八面体等效应变场，通过MATLAB软件对三维离散八面体等效应变场进行插值获取三维连续应变场，从而达到识别非平面波波阵面的目的。