细观损伤仿真分析方法、装置、设备、介质及产品

本申请涉及仿真，具体涉及一种细观损伤仿真分析方法、装置、设备、介质及产品。

背景技术：

1、编织复合材料构件的失效通常源于内部细观损伤。工程中一般在构件的局部关键区域采用细观尺度模型进行损伤仿真，分析构件的细观损伤。目前细观尺度模型的损伤仿真分析常采用2d global-local指定边界法，该方法在细观尺度模型表面选定区域，使用插值法施加表面节点的边界条件，建立全局与局部模型界面之间的面-面对应关系。然而这种二维面-面的对应关系，仅能够对细观尺度模型外表面节点完成位移映射，无法将宏观位移映射至细观尺度模型的内部节点，使得细观尺度模型内部损伤仿真结果失真，精确性较差。

技术实现思路

1、本申请提供了一种细观损伤仿真分析方法、装置、设备、介质及产品，可以提高细观损伤仿真分析结果的精确性。

2、根据本申请实施例的第一方面，提供一种细观损伤仿真分析方法，包括：获取宏观尺度模型上所有宏观节点的三维坐标和细观尺度模型上所有细观节点的三维坐标；根据每个细观节点的三维坐标和每个宏观节点的三维坐标，检索到与每个细观节点距离最近的8个宏观节点；获取每个细观节点对应的8个宏观节点的位移，宏观节点的位移包括三个平动位移分量和三个转动位移分量；采用牛顿-拉夫逊迭代算法，迭代计算8个宏观节点对应的宏观六面体单元的单元自然坐标，如果在当次迭代计算中，确定当次迭代计算收敛，采用六面体形函数插值方法，根据8个宏观节点的位移，计算得到对应的细观节点的位移；如果在当次迭代计算中，确定当次迭代计算不收敛且雅可比矩阵奇异，采用反距离加权插值方法，根据8个宏观节点的位移，计算得到对应的细观节点的位移；将所有细观节点的位移作为位移边界，对细观尺度模型进行损伤仿真，得到损伤仿真结果。

3、上述细观损伤仿真分析，采用了融合牛顿-拉夫逊迭代计算方法的三维插值方法，通过六面体形函数插值方法和反距离加权插值（inverse-distance weighting，idw）方法的复合插值方法，可以将宏观三维平动、转动位移完整映射至细观所有内部单元，能够精准传递加速度、惯性等体积载荷，贴合编织复合材料三维真实受力工况，解决传统方法细观内部应力、损伤计算失真的问题，不仅保证应力场计算精度，还避免插值无解、计算中断，既规避单纯形函数插值边界失效缺陷，也解决idw插值丢失几何约束、局部应力畸变的问题，实现精度与收敛性的统一。

4、在一种实施方式中，细观损伤仿真分析方法还包括：如果在当次迭代计算中，确定当次迭代计算不收敛、雅可比矩阵非奇异且迭代次数大于或者等于预设迭代次数阈值，采用反距离加权插值方法，根据8个宏观节点的位移，计算得到所述对应的细观节点的位移。

5、在一种实施方式中，确定当次迭代计算收敛包括：在当次迭代计算中，根据单元自然坐标的当前值计算对应的细观节点的预估坐标的残差的当前值，若残差的当前值的模长小于预设收敛阈值，确定当次迭代计算收敛。

6、在一种实施方式中，根据每个细观节点的三维坐标和每个宏观节点的三维坐标，检索到与每个细观节点距离最近的8个宏观节点，包括：根据所有宏观节点的三维坐标构建ckdtree空间索引；遍历每个细观节点，基于每个细观节点的三维坐标和ckdtree空间索引，检索到宏观尺度模型中与每个细观节点的欧式距离最近的8个宏观节点。

7、在一种实施方式中，采用六面体形函数插值方法，根据8个宏观节点的位移，计算得到对应的细观节点的位移，包括：根据单元自然坐标，计算得到8个宏观节点对应的线性形函数；根据8个宏观节点的位移和8个宏观节点对应的线性形函数，计算得到对应的细观节点的位移。

8、在一种实施方式中，采用反距离加权插值方法，根据8个宏观节点的位移，计算得到对应的细观节点的位移，包括：根据8个宏观节点中每个宏观节点分别与对应的细观节点的欧式距离，计算得到8个宏观节点中每个宏观节点对应的归一化距离权重；根据归一化距离权重对8个宏观节点的位移进行加权求和，计算得到对应的细观节点的位移。

9、根据本申请实施例的第二方面，提供一种细观损伤仿真分析装置，细观损伤仿真分析装置包括：三维坐标获取模块、检索模块、宏观节点位移获取模块、第一插值方法计算模块、第二插值方法计算模块和仿真模块，三维坐标获取模块，用于获取宏观尺度模型上所有宏观节点的三维坐标和细观尺度模型上所有细观节点的三维坐标；检索模块，用于根据每个细观节点的三维坐标和每个宏观节点的三维坐标，检索到与每个细观节点距离最近的8个宏观节点；宏观节点位移获取模块，用于获取每个细观节点对应的8个宏观节点的位移，宏观节点的位移包括三个平动位移分量和三个转动位移分量；第一插值方法计算模块，用于采用牛顿-拉夫逊迭代算法，迭代计算8个宏观节点对应的宏观六面体单元的单元自然坐标，如果在当次迭代计算中，确定当次迭代计算收敛，采用六面体形函数插值方法，根据8个宏观节点的位移，计算得到对应的细观节点的位移；第二插值方法计算模块，用于如果在当次迭代计算中，确定当次迭代计算不收敛且雅可比矩阵奇异，采用反距离加权插值方法，根据8个宏观节点的位移，计算得到对应的细观节点的位移；仿真模块，用于将所有细观节点的位移作为位移边界，对细观尺度模型进行损伤仿真，得到损伤仿真结果。

10、根据本申请实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括存储器与处理器，存储器用于存储处理器可执行的计算机程序；处理器用于执行存储器中的计算机程序，以实现上述细观损伤仿真分析方法。

11、根据本申请实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当存储介质中的可执行的计算机程序由处理器执行时，能够实现上述细观损伤仿真分析方法。

12、根据本申请实施例的第五方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述细观损伤仿真分析方法。

1.一种细观损伤仿真分析方法，其特征在于，所述细观损伤仿真分析方法包括：

2.根据权利要求1所述的细观损伤仿真分析方法，其特征在于，所述细观损伤仿真分析方法还包括：

3.根据权利要求1所述的细观损伤仿真分析方法，其特征在于，所述确定所述当次迭代计算收敛包括：

4.根据权利要求1所述的细观损伤仿真分析方法，其特征在于，所述根据每个所述细观节点的三维坐标和每个所述宏观节点的三维坐标，检索到与每个所述细观节点距离最近的8个宏观节点，包括：

5.根据权利要求1所述的细观损伤仿真分析方法，其特征在于，所述采用六面体形函数插值方法，根据所述8个宏观节点的位移，计算得到对应的细观节点的位移，包括：

6.根据权利要求1所述的细观损伤仿真分析方法，其特征在于，所述采用反距离加权插值方法，根据所述8个宏观节点的位移，计算得到对应的细观节点的位移，包括：

7.一种细观损伤仿真分析装置，其特征在于，所述细观损伤仿真分析装置包括：三维坐标获取模块、检索模块、宏观节点位移获取模块、第一插值方法计算模块、第二插值方法计算模块和仿真模块，

8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器与处理器，所述存储器用于存储所述处理器可执行的计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器中的计算机程序，以实现如权利要求1-6任一项所述的细观损伤仿真分析方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行实现如权利要求1-6任一项所述的细观损伤仿真分析方法。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～6任一项所述的细观损伤仿真分析方法。