[发明专利]基于近似模型技术的复合泡沫塑料界面相力学测试方法

摘要

一种复合材料领域的基于近似模型技术及计算细观力学的复合泡沫塑料界面相力学参数测试方法，针对复合泡沫塑料这种由空心球形颗粒填充的复合材料界面性质难于通过实验测量，以及复合泡沫塑料宏观力学性能预测研究中，界面相力学模型缺乏准确可靠的界面参数支撑，本发明避开了对界面相的直接实验测量，转而通过宏观力学实验与细观有限元仿真相结合的方法，利用近似模型技术来识别复合泡沫塑料界面相的弹性刚度常数及厚度。克服了该种类型材料无法通过实验手段直接获取界面性能的障碍，为界面相建模提供准确可靠的力学参数，并为精确预测该类材料的宏观力学性能奠定基础。

主权项

一种基于近似模型技术的复合泡沫塑料界面相力学参数测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、通过实验测量复合泡沫塑料的宏观力学性能，具体为：分别制备不同微珠体积含量的复合泡沫塑料，并对其进行准静态下的单向拉伸实验；根据拉伸曲线确定材料的两个基本弹性常数，即杨氏模量Ec和泊松比νc；步骤二、界面相细观力学建模，具体为：通过内聚力单元理论对复合泡沫塑料界面相进行细观有限元建模；界面相的力学行为通过张力‑位移法则来控制，界面相的变形包含一个沿厚度方向的法向位移和两个切向位移；步骤三、复合泡沫塑料细观有限元建模，具体为：分别针对不同微珠含量的复合泡沫塑料建立细观有限元模型，为了考虑界面效应，将复合泡沫塑料视为由基体、微珠和界面相组成的三相材料，将步骤二中建立的界面相力学模型引入到三维单胞模型中，使其位于基体与微珠之间，以此来模拟界面相的力学行为；步骤四、复合泡沫塑料弹性性能有限元仿真计算，具体为：为了满足对称性和周期性，对有限元模型施加周期性边界条件；利用ABAQUS‑Standard求解器来计算模拟材料在单向拉伸载荷下的弹性响应，然后基于仿真结果通过计算细观力学均匀化方法来获取复合泡沫塑料的宏观杨氏模量和泊松比；步骤五、建立复合泡沫塑料宏观弹性响应的近似模型，具体为：根据步骤二中建立的界面相细观力学模型，选取界面相的力学参数作为输入变量进行试验设计；采用拉丁超立方采样准则生成一定数量的设计样本点，包括训练样本和测试样本；利用步骤三中建立的复合泡沫塑料细观有限元模型对每个样本点进行如步骤四所述的有限元仿真计算，获得各样本的输出响应状态；根据样本计算结果，建立复合泡沫塑料宏观弹性响应的近似模型；步骤六、复合泡沫塑料界面相力学参数识别，具体为：结合步骤一中测得的复合泡沫塑料宏观弹性常数的实验数据和步骤五中建立的复合泡沫塑料宏观弹性响应的近似模型，对复合泡沫塑料界面相力学参数进行识别；步骤七、在材料的生产设计阶段，利用步骤六中得到的复合泡沫塑料界面相力学参数对不同微珠含量的复合泡沫塑料的宏观弹性常数进行准确评估并用于设计相应的材料。