[发明专利]材料精细化裂纹的预测方法

权利要求书

1.一种材料精细化裂纹的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：进行拉伸试验获得材料的相关力学参数；

步骤2：根据实际所要模拟的物体的真实情况进行建模，并将步骤1得到的参数代入到建立的模型中；

步骤3：建立相场模型在复杂破坏模式下的断裂理论以使得相场模型能够有效模拟多种破坏模式的断裂情况；

步骤4：建立精细化过程理论，以能够精确模拟裂纹路径与扩展过程；

步骤5：对模型施加实际的荷载过程；

步骤6：根据步骤3和4建立的理论对模型的开裂过程进行求解。

2.根据权利要求1所述的材料精细化裂纹的预测方法，其特征在于，所述参数包括弹性模量、泊松比、轴拉伸断裂能、抗拉强度以及临界剪切破坏强度与临界拉伸破坏强度的比值。

3.根据权利要求2所述的材料精细化裂纹的预测方法，其特征在于，材料的轴拉伸断裂能通过如下公式获取：

G_c为断裂能，dU为试件断裂过程中的能量耗散，dA为断裂面积。

4.根据权利要求3所述的材料精细化裂纹的预测方法，其特征在于，材料的轴拉伸断裂能通过如下公式获取：对于断裂面积dA，利用超声发射器实时监测裂纹扩展状态与开裂面积，并将监测结果输入电脑进行数据分析，从而得到任何加载时刻的真实开裂状态与面积。

5.根据权利要求1所述的材料精细化裂纹的预测方法，其特征在于，步骤3中建立的相场模型的控制方程为：

式中：s∈[0,1]为裂纹相场变量，l₀为裂纹的弥散化宽度，为与破坏面垂直的拉应力，为与破坏面平行的等效剪应力，n为与破坏面垂直的方向向量，m为与破坏面平行的方向向量，ψ₀为退化前的能量密度，ψ_0II为ψ₀的受剪部分，ω_I(s)和ω_II(s)分别为两个退化函数，变量上面加一撇代表此变量的一阶导数，如ω_I′(s)为ω_I(s)关于s的一阶导数，为哈密顿算子，σ为退化的应力张量，D为退化的弹性矩阵，ε为应变张量，α(s)是几何裂缝函数，E为弹性模量，μ为剪切模量，G_cI和G_cII分别为I-型裂纹断裂能和II-型裂纹断裂能，τ_s和σ_t分别为极限抗拉应力和极限抗剪应力，并定义变量χ＝τ_s/σ_t，且

Q(s)＝a₁s+a₁a₂s²+a₁a₂a₃s³+a₁a₂a₃a₄s⁴+…

其中：b_I、b_II用来控制退化函数的作用能力，在[0,1]内取值；纯拉破坏状态下，b_I＝1，b_II＝0；纯剪状态下，b_I＝0，b_II＝1；一般情况下，也可采用b_I＝b_II＝1的混合模型，在保证计算精度的同时，提高迭代效率，φ(s)和Q(s)为相场变量s的多项式，用来确定退化函数的形式，p和a_i为待定参数，其通过材料参数和特定的软化曲线来求得。