[发明专利]一种预测周期性点阵材料屈服面的分析方法

权利要求书

1.一种预测周期性点阵材料屈服面的分析方法，其特征在于实现步骤如下：

步骤(1)：根据实际点阵材料的结构特点和尺寸特征，选取细观力学模型进行刻画；所述细观力学模型采用梁模型；

步骤(2)：根据细观力学模型的周期性排布规律，选取代表体元RVE，所述代表体元RVE选取的原则是：代表体元通过简单阵列排布能够复现实际结构；

步骤(3)：根据代表体元RVE，考虑梁受力时轴力和弯矩的耦合作用，理论计算得出RVE的屈服函数；

步骤(4)：基于计算机辅助工程(CAE)工具，对所述代表体元RVE进行尺寸设置、赋予材料属性、网格划分，将代表体元RVE转化为可用于数值仿真的有限元模型，此过程称为有限元建模；通过选取代表体元RVE中的关键点并且连线，网格划分，实现用梁模型对代表体元RVE的刻画；

步骤(5)：建立有限元模型后，施加周期性条件模拟代表体元RVE在实际材料中的相互作用，在CAE工具内体现为代表体元RVE的立方体顶点和有限元模型边界上结点之间的位移耦合关系，所述周期性条件目的是：施加周期性条件后，仅仅通过对单个代表体元RVE的计算，就能实现对实际结构的计算，从而大大减小有限元网格数量；

步骤(6)：施加周期性条件后，进一步施加边界条件以模拟材料受载时作用在代表体元RVE上的力和位移约束，在CAE工具内，体现为对代表体元RVE的立方体顶点施加力的载荷和与之对应的位移载荷；

步骤(7)：利用CAE工具进行仿真计算，自动识别代表体元RVE发生屈服时的时间步，并根据时间步求得代表体元RVE发生屈服时的载荷分量大小，并将结果存在数组中；

步骤(8)：判断屈服面数值计算是否结束，若没有结束，则更新力载荷和与之对应的位移约束，并返回步骤(6)，进行下一次循环计算；若结束，则将数组中的所有数据以文件的形式输出，得到需要的RVE屈服数值计算结果，上述即为计算与输出过程；

步骤(9)：利用可视化技术将计算结果和步骤(3)中的理论结果进行可视化，并相互对比、验证，确保结果的准确性；

所述步骤(7)中，自动识别代表体元RVE发生屈服时的时间步过程如下：

(1)根据RVE的结构特点，即该RVE的结构发生屈服时分为两种情况：①弯曲屈服，②拉伸屈服；

(2)判断具体的屈服形式：通过提取代表体元RVE中轴力F_axial的大小，并与材料屈服强度σ_s进行比较，若对于所有时间步，F_axial≤σ_s，则发生弯曲屈服，否则为拉伸屈服；

(3)对于弯曲屈服，一旦发生屈服，结构失去承载能力，计算自动终止，故屈服一定发生在时间步的最后一步，识别时间步的最后一步即可；

(4)对于拉伸屈服，通过(2)中的判断条件可知，一定存在这样的时间步，使得F_axial＞σ_s，按照时间步顺序，依次判断F_axial与σ_s的大小关系，识别出首次出现F_axial＞σ_s的时间步，则该时间步为发生拉伸屈服时的时间步。

2.根据权利要求1所述的一种预测周期性点阵材料屈服面的分析方法，其特征在于：所述步骤(3)中，理论计算得出RVE的屈服函数表达式：

其中：M为梁中最大弯矩的大小，F为梁中轴力的大小，d为梁的直径，σ_s为材料的屈服强度，f为函数值，f≥0，发生屈服，f＜0，不屈服。

3.根据权利要求1所述的一种预测周期性点阵材料屈服面的分析方法，其特征在于：所述步骤(5)中，以周期性条件以模拟实际情况下RVE在材料中的相互作用，具体为RVE立方体顶点和有限元模型边界上结点之间的位移耦合关系，利用所述位移耦合关系，通过对单个代表体元RVE的计算，实现对实际结构的计算，从而大大减小计算量。

4.根据权利要求1所述的一种预测周期性点阵材料屈服面的分析方法，其特征在于：所述步骤(8)中，采用球坐标历遍循环的方式，通过程序在CAE工具内实现载荷的自动加载删除和更新，从而实现不同载荷状态下屈服点的计算，具体更新过程如下：

(1)一次计算结束后，删除所有力载荷；

(2)更新球坐标参数：角与θ角，通过球坐标与直角坐标的转换关系，求得更新后，载荷在直角坐标系中各个x，y，z分量的大小;

(3)施加更新后的力载荷。