基于近场动力学的层合板的低速冲击模拟方法及装置

本申请属于材料，尤其涉及一种基于近场动力学的层合板的低速冲击模拟方法及装置。

背景技术：

1、复合材料层合板，因其优异的力学性能，尤其是在承受低速冲击时具有较高的能量吸收能力的性能，广泛应用于航空、汽车、船舶等领域。

2、低速冲击会导致复合材料层合板内部产生多种复杂的损伤，如基体开裂、纤维断裂、界面损伤等，这些损伤会严重降低结构的强度和刚度，甚至可能导致结构失效。为优化设计，可以通过低速冲击模拟，来预测复合材料层合板的损伤演化。

3、然而，现有的模拟方法通常采用多尺度建模方法，此方法需要处理大量的模型和复杂的计算过程，计算成本和时间开销过大，且无法捕捉复合材料的长程相互作用，导致损伤预测精度较低。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种基于近场动力学的层合板的低速冲击模拟方法及装置，能够简化层合板的低速冲击模拟，且提高损伤预测精度。

2、第一方面，本申请实施例提供一种基于近场动力学的层合板的低速冲击模拟方法，方法包括：获取近场动力学冲击模型，其中，近场动力学冲击模型包括层合板仿真模型和冲击物仿真模型；层合板仿真模型和冲击物仿真模型均为采用近场动力学构建的颗粒模型；控制冲击物仿真模型对层合板仿真模型进行低速冲击；在冲击物仿真模型响应于低速冲击与层合板仿真模型接触的情况下，对于各时间步，根据冲击物仿真模型的接触区域中各粒子的材料属性和在时间步的变形比率，确定接触区域中各粒子在时间步的接触刚度；根据接触区域中各粒子在时间步的接触刚度和变形比率，确定接触区域中各粒子在时间步的接触力；根据接触区域中各粒子在时间步的接触力，确定冲击物仿真模型与层合板仿真模型在时间步的接触力；根据冲击物仿真模型与层合板仿真模型在各时间步的接触力，生成层合板的与低速冲击对应的接触力与时间的模拟曲线。

3、第二方面，本申请实施例提供了一种基于近场动力学的层合板的低速冲击模拟装置，装置包括：获取模块，用于获取近场动力学冲击模型，其中，近场动力学冲击模型包括层合板仿真模型和冲击物仿真模型；层合板仿真模型和冲击物仿真模型均为采用近场动力学构建的颗粒模型；冲击模块，用于控制冲击物仿真模型对层合板仿真模型进行低速冲击；确定模块，用于在冲击物仿真模型响应于低速冲击与层合板仿真模型接触的情况下，对于各时间步，根据冲击物仿真模型的接触区域中各粒子的材料属性和在时间步的变形比率，确定接触区域中各粒子在时间步的接触刚度；根据接触区域中各粒子在时间步的接触刚度和变形比率，确定接触区域中各粒子在时间步的接触力；根据接触区域中各粒子在时间步的接触力，确定冲击物仿真模型与层合板仿真模型在时间步的接触力；输出模块，用于根据冲击物仿真模型与层合板仿真模型在各时间步的接触力，生成层合板的与低速冲击对应的接触力与时间的模拟曲线。

4、第三方面，本申请实施例提供了一种基于近场动力学的层合板的低速冲击模拟设备，设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如第一方面所述的基于近场动力学的层合板的低速冲击模拟方法。

5、第四方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如第一方面所述的基于近场动力学的层合板的低速冲击模拟方法。

6、第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备执行如第一方面所述的基于近场动力学的层合板的低速冲击模拟方法。

7、在本申请实施例中，通过颗粒级结构表征方式，采用近场动力学方法对层合板和冲击物进行建模，得到包括层合板仿真模型和冲击物仿真模型的近场动力学冲击模型。这样，通过采用近场动力学构建的颗粒模型，一方面，可以避免建模复杂性，从而简化模拟过程，另一方面，可以精确地捕捉粒子之间的长程相互作用，从而可以提升损伤预测的精度。

8、另外，在本申请实施例中，在冲击物仿真模型响应于低速冲击与层合板仿真模型接触的情况下，可以根据冲击物仿真模型与层合板仿真模型在各时间步的接触力，生成层合板的与低速冲击对应的接触力与时间的模拟曲线，以展示层合板的低速冲击模拟响应。具体地，在确定冲击物仿真模型与层合板仿真模型在各时间步的接触力时，可以根据冲击物仿真模型的接触区域中各粒子的材料属性和在各时间步的变形比率，确定各粒子在各时间步的接触刚度，如此，可以使得粒子的接触刚度基于冲击能量和材料属性自适应调整，从而可以增强接触力计算的稳定性，进而提高冲击模拟的准确性，提升损伤预测的精度。

1.一种基于近场动力学的层合板的低速冲击模拟方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述接触区域中各粒子在所述时间步的所述接触刚度和所述变形比率，确定所述接触区域中各粒子在所述时间步的接触力，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取近场动力学冲击模型，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述力学属性参数包括粒子的弹性模量，所述近场动力学键参数包括粒子的层间键的刚度系数；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述粒子在所述层合板仿真模型中的法向高度，确定所述粒子的层间键衰减因子，包括：

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述力学属性参数包括粒子的弹性模量，所述近场动力学键参数包括粒子的界面键的刚度系数；

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述冲击物仿真模型与所述层合板仿真模型在所述时间步的接触力之后，所述方法还包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述近场动力学运动方程包括粒子间的成键力密度，且粒子间的成键力密度基于粒子间的键的刚度系数确定；

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述外力还包括所述冲击物仿真模型与所述层合板仿真模型在所述时间步的摩擦力；

10.一种基于近场动力学的层合板的低速冲击模拟装置，其特征在于，所述装置包括：