[发明专利]复合材料液压渗透载荷下界面失效与细观裂纹扩展预测方法

权利要求书

1.一种复合材料液压渗透载荷下界面失效与细观裂纹扩展预测方法，其特征在于：使用断裂相场和界面相场表示模型的断裂状态和界面分布；在模拟预测过程中将相场法与Biot孔隙弹性介质理论相结合，计算液压载荷下模型的位移场和液体压强场分布，并计算位移场对断裂相场的影响，从而实现复合材料受液压载荷时细观尺度下裂纹生长的模拟。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料液压渗透载荷下界面失效与细观裂纹扩展预测方法，其特征在于：在模拟预测过程的开始阶段对模型进行前处理，前处理的过程包括确定模型的几何参数和力学性能参数。

3.根据权利要求2所述的一种复合材料液压渗透载荷下界面失效与细观裂纹扩展预测方法，其特征在于：

所述几何参数包括模型整体的长度、高度以及纤维的位置和直径；

所述力学性能参数包括基质的弹性模量，泊松比，临界应力，Biot模量，Biot系数，渗透系数，增强材料的弹性模量，泊松比，临界应力，Biot模量，Biot系数，以及界面的法向断裂能与切向断裂能；液体的粘性。

4.根据权利要求1或2所述的一种复合材料液压渗透载荷下界面失效与细观裂纹扩展预测方法，其特征在于：所述断裂相场为标量场，0代表未损伤，1代表完全断裂；所述界面相场为标量场。

5.根据权利要求1所述的一种复合材料液压渗透载荷下界面失效与细观裂纹扩展预测方法，其特征在于：将模拟预测过程划分为多个时间步；在每个时间步中：

(S21)通过上一时间步的位移场求得应力状态，通过应力状态得到相场驱动力；并根据相场驱动力计算断裂相场；

(S22)根据求得的断裂相场，对模型的断裂处的刚度进行削弱，并求得新的位移场和液体压强场。

6.根据权利要求5所述的一种复合材料液压渗透载荷下界面失效与细观裂纹扩展预测方法，其特征在于：在第一个时间步中对模型进行初始化，初始化的过程中计算位移场的初始值、液体压强场的初始值以及界面相场。

7.根据权利要求6所述的一种复合材料液压渗透载荷下界面失效与细观裂纹扩展预测方法，其特征在于，步骤(S21)中，根据相场驱动力计算断裂相场采用的表达式为：

其中：β是界面相场、φ是断裂相场、H_φ是相场驱动力、l₀是相场法中裂纹的特征尺寸参数。

8.根据权利要求6所述的一种复合材料液压渗透载荷下界面失效与细观裂纹扩展预测方法，其特征在于，步骤(S22)中，求得新的位移场和液体压强场采用的表达式为：

R_u＝∫_Ω(σ_eff-bpI)·ε_e(δu)dV+f_Ωγ_βt·wdV

其中：σ_eff代表模型的固体组分的应力，b是Biot系数，p是当前时间步的液体压强场，I是单位二阶张量，t是内聚力模型的牵引力，γ_β是界面表面密度函数，等于β是界面相场；p_n是上一时间步的液体压强场，u是当前时间步的位移场，u_n是上一时间步的位移场，M是Biot模量；是渗流张量，表示为K_homo是固体的渗透系数，η是液体粘性；K_crack是液体在裂缝中流动的各向异性张量，该各向异性张量符合泊肃叶定律：w_n是裂纹张开位移，n是裂纹表面的法向量；ε_e是弹性应变，其表达式为n_i，n_j为界面法向向量分量；τ是时间步长。

9.根据权利要求1所述的一种复合材料液压渗透载荷下界面失效与细观裂纹扩展预测方法，其特征在于：模拟预测过程结束后对模拟结果进行后处理，后处理过程中得到模型的位移响应云图、应力分布云图、压力分布云图以及断裂相场分布云图。