[发明专利]环向梯度泡沫材料的三维细观模型的建模方法及其系统

说明书

本发明公开一种环向梯度泡沫材料的三维细观模型的建模方法及其系统，其中所述建模方法包括：获取环向梯度泡沫材料模型的宏观尺寸数据；设置环向梯度泡沫材料的梯度分布构型；根据所述梯度分布构型、以及所述环向梯度泡沫材料模型的宏观尺寸生成多个胞元核心点的坐标；根据所述多个胞元核心点的坐标建立具有细观胞元结构的环向梯度泡沫材料的几何模型，其中每个胞元均具有十四面体结构；对环向梯度泡沫材料的几何模型进行网格划分，建立环向梯度泡沫材料的网格模型；根据环向梯度泡沫材料的网格模型，建立可进行计算的环向梯度泡沫材料的有限元模型。通过本申请可真实反映三维材料中的复杂载荷状态，并可反映材料内部真实的载荷。

技术领域

本发明涉及泡沫材料和仿真建模技术领域，尤其涉及一种环向梯度泡沫材料的三维细观模型的建模方法及其系统。

背景技术

由未知冲击载荷造成的交通安全事故，严重地危害了人身和财产安全。这类冲击载荷造成的研究难点在于冲击的作用时间很短，受撞击材料的应变率极高，载荷的加载工况非常复杂。为了应对这类极端的冲击动力学问题，多胞材料(Cellular Materials)应运而生，作为一种典型的缓冲吸能材料，多胞材料可以有效地降低冲击载荷的峰值，同时伴随着自身较大的塑形变形，延长了冲击的作用时间。多胞材料包括泡沫材料、蜂窝材料以及点格材料等，其中泡沫材料由于制备简单，缓冲吸能性能优异，因此应用最为广泛。

为了应对复杂多变的冲击载荷，设计出了环向梯度泡沫材料，用以满足复杂的加载工况。这类泡沫材料的胞元尺寸在其环向方向，随着半径的增加而不断变化，实现了环向梯度分布。

但是，现有的环向梯度泡沫材料模型无法反映胞元之间的相互作用情况，也难以反映三维材料内部真实的载荷作用情况。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种环向梯度泡沫材料的三维细观模型的建模方法及其系统，以解决缺少现有的环向梯度泡沫材料模型无法反映胞元之间的相互作用情况，也难以反映三维材料内部真实的载荷作用情况的问题。

为了解决上述问题，根据本发明实施例提出一种环向梯度泡沫材料的三维细观模型的建模方法，其包括：获取环向梯度泡沫材料模型的宏观尺寸数据；设置环向梯度泡沫材料的梯度分布构型；根据所述梯度分布构型、以及所述环向梯度泡沫材料模型的宏观尺寸生成多个胞元核心点的坐标，其中新生成的胞元核心点的位置与已有的胞元核心点的位置相关；根据所述多个胞元核心点的坐标建立具有细观胞元结构的环向梯度泡沫材料的几何模型，其中每个胞元均具有十四面体结构；对环向梯度泡沫材料的几何模型进行网格划分，建立环向梯度泡沫材料的网格模型；根据环向梯度泡沫材料的网格模型，建立可进行计算的环向梯度泡沫材料的有限元模型。

其中，所述梯度分布构型包括以下类型的环向梯度函数：单调线性环向梯度函数、单调非线性环向梯度函数、非单调线性环向梯度函数、非单调非线性环向梯度函数。

其中，在建立环向梯度泡沫材料的几何模型之后，所述方法还包括：根据环向梯度泡沫材料的几何模型的胞元核心点坐标和胞壁节点坐标，计算环向梯度泡沫材料的几何模型的胞元尺寸分布，其中将每个胞元核心点与该胞元核心点对应的多个胞壁节点的距离的平均值，作为该胞元核心点对应的胞元尺寸；统计环向梯度泡沫材料的几何模型的胞元尺寸分布，并与所述环向梯度函数进行对比，判断生成的几何模型的梯度分布是否符合所述环向梯度函数。

其中，根据以下参数计算所述环向梯度泡沫材料的宏观模型的胞元尺寸：环向梯度泡沫材料的胞元沿着环向方向所对应的半径数值、环向梯度泡沫材料模型的宏观环向半径、梯度率。

其中，新生成的胞元核心点符合以下规则：新生成的胞元核心点与已有的胞元核心点的距离不小于第一预设值，并且新生成的胞元核心点与已有的胞元核心点的距离小于三维空间内规则排列的任意两个相邻胞元核心点的距离。

其中，新生成的胞元核心点与已有的胞元核心点与三维空间内规则排列的任意两个相邻胞元核心点的距离的比值为0.8。