[发明专利]一种基于水平集方法的裂纹近场变形分析区域确定方法

权利要求书

1.一种基于水平集方法的裂纹近场变形分析区域确定方法，用于获得裂纹近场的分析区域，并且能够随着裂纹的扩展变化快速更新，为裂纹近场的变形分析提供依据；其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：设置裂纹近场初始分析区域；

步骤2：获得裂纹扩展轨迹的坐标位置；

步骤3：计算裂纹扩展轨迹的水平集函数；

步骤4：更新分析区域；根据步骤3获得的区域内所有有效点的水平集函数的值，设置阈值，根据阀值确定非分析点；根据阀值确定非分析点具体为：当裂尖水平集函数为负的范围内，比较裂纹轨迹水平集函数绝对值与阈值的大小，当裂纹轨迹水平集函数绝对值小于阀值的点设定为非分析点；当裂尖水平集函数为正的范围内，裂纹轨迹水平集函数绝对值和裂尖水平集函数数值同时小于阀值的点设定为非分析点，将非分析点添加进分析区域内，更新产生新的分析区域；

步骤5：重复步骤2－4，根据裂纹的扩展信息不断更新分析区域，从而完成裂纹近场分析区域自适应。

2.根据权利要求1所述的一种基于水平集方法的裂纹近场变形分析区域确定方法，其特征在于：步骤1所述的设置裂纹近场初始分析区域，具体为：根据含裂纹试件的几何外形以及裂纹形貌，设置裂纹近场的初始分析区域，确保初始分析区域中包括试件的有效分析区域，并且不含裂纹断开区域。

3.根据权利要求1所述的一种基于水平集方法的裂纹近场变形分析区域确定方法，其特征在于：步骤2所述的获得裂纹扩展轨迹的坐标位置，还包括以下步骤：

步骤2.1：对裂纹近场的变形情况进行相关性分析，获得裂纹近场变形信息；

步骤2.2：识别裂纹尖端，获得裂纹扩展轨迹的坐标位置。

4.根据权利要求1所述的一种基于水平集方法的裂纹近场变形分析区域确定方法，其特征在于：步骤3所述的计算裂纹扩展轨迹的水平集函数，还包括以下步骤：

步骤3.1：建立裂纹轨迹水平集函数和裂尖水平集函数，裂纹轨迹水平集函数用来描述距离裂纹界面的符号距离，裂尖水平集函数用来描述与裂尖切向矢量的符号距离；

步骤3.2：根据建立的裂纹轨迹水平集函数，像素为单位分别计算分析区域内所有有效点的水平集函数的值；

步骤3.3：定义水平集函数值的绝对值的含义，水平集函数值的绝对值表示与定义界面的距离，正负符号表示位于定义界面的正向或反向。

5.根据权利要求4所述的一种基于水平集方法的裂纹近场变形分析区域确定方法，其特征在于：步骤3.1所述的建立裂纹轨迹水平集函数和裂尖水平集函数，裂纹轨迹水平集函数用来描述距离裂纹界面的符号距离，裂尖水平集函数用来描述与裂尖切向矢量的符号距离，所述的裂纹轨迹水平集函数为Ψ(x,t)：

Ψ(x，t)＝±|x-x_i|

其中：x_i为第i个裂尖坐标，x是待求解裂尖水平集函数的坐标，t是时间量。

6.根据权利要求4所述的一种基于水平集方法的裂纹近场变形分析区域确定方法，其特征在于：步骤3.1所述的建立裂纹轨迹水平集函数和裂尖水平集函数，裂纹轨迹水平集函数用来描述距离裂纹界面的符号距离，裂尖水平集函数用来描述与裂尖切向矢量的符号距离，所述的裂尖水平集函数为

其中：x_i为第i个裂尖坐标，x是待求解裂尖水平集函数的坐标，T为裂尖的单位切向矢量，T′是T的转置。