[发明专利]一种微胶囊自愈合材料损伤和愈合机理的数值仿真方法

摘要

本发明公开了一种微胶囊自愈合材料损伤和愈合机理的数值仿真方法。该方法包含以下步骤：a.构建材料的单胞模型；b.对单胞划分有限元网格；c.为基体和微胶囊赋予材料属性；d.采用耦合的欧拉‑拉格朗日方法建立流‑固耦合关系；e.施加载荷并提交分析；f.查看结果，揭示材料的损伤和愈合机理；g.进行参数分析和优化设计。该方法首次采用流‑固耦合的数值方法模拟微胶囊自愈合材料在载荷作用下的损伤起始和扩展过程，揭示微胶囊自愈合材料损伤和愈合的内在机制。该方法可以为微胶囊自愈合材料的优化设计提供理论依据，从而有助于开发出具有更优性能的自愈合材料。

主权项

1.一种微胶囊自愈合材料损伤和愈合机理的数值仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：构建微胶囊自愈合材料的单胞模型：将微胶囊与其周围的基体取出作为数值分析的单胞模型，将单胞取为一个正方体，微胶囊位于正方体的中心，根据微胶囊的外径R1、内径R2和胶囊的体积分数V0计算出正方体单胞的边长a，从而计算出得到微胶囊自愈合材料的单胞模型；S2：采用有限元软件对单胞模型划分三维实体网格:微胶囊和基体的网格之间通过结点相连，在微胶囊周围区域对网格进行细化得到模拟所需的有限元模型；S3：对基体和微胶囊定义材料属性：其中材料属性包含弹性阶段的本构关系、屈服准则、损伤起始准则和渐进损伤准则；S4：在有限元模型中采用耦合的欧拉-拉格朗日方法建立流-固耦合关系；S5：对有限元模型施加载荷，其中载荷包括单向拉伸、单向压缩、剪切或它们之间的组合，其中载荷的施加采用位移的方式，从零开始缓慢增加位移，直至单胞完全破坏，模拟材料中微裂纹的萌生和扩展以及微胶囊破裂的过程；S6：通过查看微胶囊自愈合材料在载荷作用下的变形和破坏过程，其中变形和破坏过程包括基体材料中微裂纹的产生、微裂纹向微胶囊扩展并引发微胶囊破裂从而释放修复剂的过程，揭示材料损伤和愈合的机理；S7：在有限元模型中改变微胶囊的材料、尺寸、壁厚和体积含量参数，对数值模型进行参数分析，研究微胶囊的材料类型、微胶囊的直径、壁厚以及微胶囊的体积含量对材料愈合效果的影响，从而进行微胶囊自愈合材料的优化设计。