(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111599828.X (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 黄凯　闫佳　李宇琨　果立成　 葛皓　郝留磊　于红军　 (74)专利代理 机构 哈尔滨龙 科专利代理有限公 司 23206 代理人 王新雨 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种提取非均匀材料混合型弥散裂纹尖端 参量的数值方法 (57)摘要 本发明公开了一种提取非均匀材料混合型 弥散裂纹尖端参量的数值方法， 所述方法包括如 下步骤： 一： 确定具有积分区域无关性的非均匀 材料混合型弥散裂纹J积分表达式以及相应的有 限元离散格式； 二： 建立含有混合型弥散裂纹的 有限元模型并划分有限元网格； 三： 采用牛顿 ‑拉 普森方法求解断裂相场模型非线性控制方程； 四： 根据非均匀材料混合型弥散裂纹J积分的有 限元离散格式， 基于有限元计算结果求解混合型 弥散裂纹尖端参量—混合型应力强度因子KI和 KII。 本发明实现了对非均匀材料混合型弥散裂 纹尖端参量的准确求解， 弥补了传统断裂相场法 无法准确刻画混合型弥散裂纹尖端受力状态的 不足。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 114169209 A 2022.03.11 CN 114169209 A 1.一种提取非均匀材料混合型弥散裂纹尖端参量的数值方法， 其特征在于所述方法包 括如下步骤： 步骤一： 引入断裂相场模型的相场变量d， 推导非均匀材料混合型弥散裂纹J积分满足 积分区域无关性的充要条件， 确定具有积分区域无关性的非均匀材料混合型弥散裂纹J积 分表达式以及相应的有限元离 散格式； 步骤二： 借助有限元软件， 建立含有混合型弥散裂纹的有限元模型并划分有限元网格， 对混合型弥散裂纹尖端附近区域进行网格细化， 定义边界条件、 混合型载荷信息和材料属 性信息； 步骤三： 针对步骤二建立的混合型弥散裂纹有限元模型， 采用牛顿 ‑拉普森方法求解断 裂相场模型非线性控制方程， 输出 载荷、 位移、 应力、 应 变和相场分布信息； 步骤四： 根据步骤一的非均匀材料混合型弥散裂纹J积分的有限元离散格 式， 基于步骤 三的有限元计算结果 求解混合型弥散裂纹尖端参 量—混合型应力强度因子KI和KII。 2.根据权利要求1所述的提取非均匀材料混合型弥散裂纹尖端参量的数值方法， 其特 征在于所述 步骤一中， 具有积分区域无关性的非均匀材 料混合型弥散裂纹J积分表达式为： 具有积分区域无关性的非均匀材 料混合型弥散裂纹J积分的有限元离 散格式为： 其中， q为光滑函数， σij为应力张量， ui为位移张量， ξj为相场应力， ψe为应变能， δkj为 Kronecker函数， 为对空间坐标xk的偏导数， A为封闭曲线Γ包围的面积， Ne 为积分区域内的单元数， P为每个单元内的积分点个数， |J|p为某一积分点p的雅各比行列 式， wp为该积分点的权 重， i,j,k ＝1,2。 3.根据权利要求1所述的提取非均匀材料混合型弥散裂纹尖端参量的数值方法， 其特 征在于所述 步骤四中， 混合型应力强度因子KI和KII的计算公式如下： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114169209 A 2其中， 为非均匀材料混合型弥散裂纹J积分， k＝1,2， Etip和 νtip分别为裂纹尖端处的 杨氏模量和泊松比。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114169209 A 3