[发明专利]基于微观尺度的轴心受压构件的设计方法及轴心受压构件

权利要求书

1.一种基于微观尺度的轴心受压构件的设计方法，其特征在于：利用Morse势函数建立微观结构模型来模拟钢结构材料内部原子的相互作用；

具体实现包括以下步骤：

步骤1：根据材料实际的种类和外界环境确定宏观颗粒体的尺寸；

步骤2：确定Morse势函数参数，包括立方体颗粒的边长l(单位mm)，立方体颗粒之间的相互作用力f_ij(单位N)，两个立方体颗粒中心的距离r_ij(单位)，平衡结合长度r_o(单位)，平衡结合能ε(单位eV)，逆长度因子α(单位)，两个立方体颗粒间的弹簧达到屈服强度时之间的距离r₁(单位mm)，(单位mm)，两个立方体颗粒间的弹簧达到其抗拉强度时之间的距离r₂(单位mm)，立方体颗粒间的引力达到最大时之间的距离r_m(单位mm)，两个立方体颗粒之间的弹簧的弹性系数(单位N/mm)，两个立方体颗粒间的弹簧的屈服强度(单位N/mm)，两个立方体颗粒间的弹簧的抗拉强度(单位N/mm)，宏观颗粒体的长a(单位mm)，宏观颗粒体的宽b(单位mm)，宏观颗粒体的高c(单位mm)，钢板的长L(单位mm)，钢板的宽W(单位mm)，钢板的厚度t(单位mm)，与板面平行的荷载设计值(单位N)；

步骤3：建立微观结构模型；

所述微观结构模型由两个微观颗粒组成，颗粒之间的相互作用由滑块和弹簧来模拟；颗粒的长度为l，颗粒之间的相互作用采用Morse势，由此得颗粒之间的相互作用力为：

式中的参数η_ij、α₀是无因次量；

α₀＝αr₀；

定义该模型中弹簧弹性常数的大小将弹性常数定义为平衡位置r₀处的斜率，即：

假设颗粒间的距离为r_m时，颗粒间的引力达到最大时，则由f_ij′(r_m)＝0得：

假设当r₁＝β₁r_m时，两个颗粒间的弹簧达到屈服强度则：

假设当r₂＝r₁+β₂时，两个颗粒间的弹簧达到其抗拉强度则：

步骤4：建立细观结构模型；

所述细观结构模型由若干微观结构模型按照两个相互垂直的方向排列；假设细观结构模型的长宽高分别为a、b和c；

在长度和宽度组成的平面内，并联的弹簧个数为：

在该平面内的抗拉强度为：

在长度和高度组成的平面内，并联的弹簧个数为：

在该平面内的抗拉强度为：

在宽度和高度组成的平面内，并联的弹簧个数为：

在该平面内的抗拉强度为：

步骤5：建立宏观结构模型；

所述宏观结构模型由若干细观结构模型无规则排列组成；在每个平面内，并联的弹簧个数为：

其中，min{ab,ac,bc}为取三者中的最小值；

宏观结构模型的抗拉强度为：

步骤6：获取轴心受压构件厚度的最小值；

已知钢板的长度、宽度和厚度分别为L、W和t；在板端与板中面平行的荷载设计值为Q时，为了保证钢板不发生强度破坏，应满足：

即：

为了保证钢板不发生失稳，应满足：

即：

其中，A表示板的横截面面积；λ表示长细比，计算公式为i为截面的回转半径。

2.一种颗粒之间的相互作用模拟装置，其特征在于：包括微观颗粒(1)、弹簧(2)、滑块(3)；所述微观颗粒(1)是由许多原子构成的一个整体；所述微观颗粒(1)为两块，两块微观颗粒(1)之间通过弹簧(2)和滑块(3)连接。

3.根据权利要求2所述的颗粒之间的相互作用模拟装置，其特征在于：所述滑块(3)由具有一定的摩擦阻尼系数的元件组成，在弹簧达到一定的应力状态后才开动，产生塑性变形。

4.一种轴心受压构件，其特征在于：由权利要求1所述方法制作而成。