[发明专利]一种计算材料裂纹尖端应力场系数的方法

权利要求书

1.一种计算材料裂纹尖端应力场系数的方法，其特征在于：该计算材料裂纹尖端应力场系数的方法包括如下步骤：

P1、根据分区广义变分原理，将含裂纹区域划分为势能区、余能区及其边界，建立分区广义变分方程；

P2、基于DIC技术获得试样变形前后的两幅全场平面高清摄像图，变形前的图像为参考图像，变形后的图像为目标图像；

P3、基于DIC技术搜索得到目标图像的节点信息和位移场，此时裂纹周围的结果缺失；

P4、建立势能区势能、余能区余能和势能区与余能区边界上的混合功的表达式，利用弱形式求积元法对这些表达式中的数值积分和微分进行离散近似；

P5、针对裂尖部分采用小subset进行分析识别裂纹路径及裂纹尖端，获得裂纹周围加密的节点信息和位移场；

P6、将导出的节点信息建立无网格计算模型；

P7、运用变分驻值条件，得到含应力场系数的代数方程组，通过求解代数方程组即可直接得到应力场系数。

2.根据所述权利要求1的一种计算材料裂纹尖端应力场系数的方法，其特征在于：所述P3步骤具体包括以下步骤：

S1、选择全场范围，采用合适的subset尺寸进行搜索，获得试样表面的位移测量结果及节点分布信息；

S2、设置整体参考坐标系Oxy；

S3、按照第一间距分布场节点，导出全场范围内场节点的坐标位置(x，y)和位移(ux，uy)。

3.根据所述权利要求1的一种计算材料裂纹尖端应力场系数的方法，其特征在于：所述P4步骤中，势能区的势能Πp为：ΠP＝1/2*dTKd式中，K为整体刚度矩阵，Q为整体荷载向量。

4.根据所述权利要求3的一种计算材料裂纹尖端应力场系数的方法，其特征在于：所述P4步骤中，余能区的余能ΠC为：ΠC＝1/2*ATMA式中，A为裂纹尖端应力场系数向量，AT为A的转置，M为与裂纹尖端应力场系数向量对应的积分矩阵。

5.根据所述权利要求4的一种计算材料裂纹尖端应力场系数的方法，其特征在于：所述P4步骤中，势能区与余能区边界上的混合功ΠPC为：ΠPC＝ATWd式中，W为与裂纹尖端应力场数向量和整体位移向量对应的矩阵。

6.根据所述权利要求1的一种计算材料裂纹尖端应力场系数的方法，其特征在于：所述P3和P5步骤得到的位移场引入无网格模型，并基于EFG法计算裂纹尖端的应力和应变。

7.根据所述权利要求2的一种计算材料裂纹尖端应力场系数的方法，其特征在于：所述步骤S1中合适的subset尺寸以满足相关性最大为前提进行选择。