本發(fā)明涉及材料性能仿真，具體為一種基于3d建模的發(fā)泡材料性能仿真方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、發(fā)泡材料的模型構(gòu)建是材料科學(xué)與工程中的一個重要領(lǐng)域，它涉及到從微觀結(jié)構(gòu)到宏觀性能的多尺度模擬。為了準確地預(yù)測和優(yōu)化發(fā)泡材料的行為，研究人員通常會采用一系列理論模型、數(shù)值方法以及實驗驗證相結(jié)合的方式；

2、三維仿真性能模擬是利用計算機技術(shù)來預(yù)測和評估系統(tǒng)或產(chǎn)品在不同條件下的行為與表現(xiàn)。它不僅能夠幫助工程師們在設(shè)計階段識別潛在的問題，還能優(yōu)化現(xiàn)有系統(tǒng)的效率，減少物理原型的制造次數(shù)，從而節(jié)約成本并加速產(chǎn)品上市時間。

3、但是現(xiàn)有的三維仿真方法在通過對一些參數(shù)進行預(yù)設(shè)定，然后通過仿真模型進行仿真實驗時，且實驗過程較為繁瑣麻煩，降低了實驗效率，也不能準確直觀形象的研究出材料的具體性能參數(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于3d建模的發(fā)泡材料性能仿真方法及系統(tǒng)，具備的能夠準確的仿真實驗出在不同密度，孔隙率以及收到壓縮速度下，直觀形象的研究出材料的具體性能參數(shù)優(yōu)點，解決了背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于3d建模的發(fā)泡材料性能仿真方法，應(yīng)用于仿真設(shè)備，具體包括以下步驟：

3、s101、將聚苯乙烯樹脂加入發(fā)泡劑，并在加熱條件下使材料軟化并產(chǎn)生氣體，最終形成具有均勻封閉空腔結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)高分子聚合物，即eps泡沫，根據(jù)得到的eps泡沫實體建模，構(gòu)建eps泡沫3d模型；

4、s102、作為發(fā)泡材料的仿真模型，使用mat?l?ab聯(lián)合ansys，建立可自定義長寬高與隨機度的eps泡沫3d幾何模型，并在hypermesh中對其進行網(wǎng)格劃分，從而建立eps泡沫的仿真模型；

5、s103、定義環(huán)境條件與邊界條件，設(shè)置合理的環(huán)境條件和邊界條件，將溫度、濕度、固定點以及載荷設(shè)置成定量參數(shù)，將eps泡沫3d模型的密度、孔隙率以及受到的壓縮速度作為變量參數(shù)進行仿真，分析確定影響發(fā)泡材料性能影響因素及規(guī)律關(guān)系；

6、s104、分別根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進行多次仿真實驗，進行分析密度是否影響eps泡沫彈性模量，以及分析不同孔隙率在靜態(tài)壓縮下對力學(xué)性能的影響，并分析在不同壓縮速度下的變形過程和破壞模式；

7、s105、獲取不同力學(xué)性能特征下的發(fā)泡材料的eps泡沫彈性模量是否在閾值范圍內(nèi)，并依據(jù)系統(tǒng)所預(yù)設(shè)的eps泡沫彈性模量閾值完成eps泡沫彈性模量與不同因素所生成的關(guān)聯(lián)模型，通過應(yīng)力-應(yīng)變曲線進行，測量其應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系，從而計算出彈性模量，即x軸即為影響彈性模量的大小與材料的成分、密度、溫度因素，y軸為當(dāng)前影響因素下的彈性模量數(shù)據(jù)，生成eps泡沫彈性模量基于多印象因素的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)圖表。

8、優(yōu)選的，在s101中，通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取真實物體的幾何、物理數(shù)據(jù)，并利用計算機圖形學(xué)技術(shù)建立3d模型，并根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行精細的建模和紋理映射。

9、優(yōu)選的，在s102中，對構(gòu)建好的導(dǎo)線3d模型進行網(wǎng)格剖分，設(shè)置材料屬性，至少包括楊氏模量、泊松比、阻尼，并設(shè)置合理的環(huán)境條件和邊界條件，完成仿真實驗前的預(yù)設(shè)定。

10、優(yōu)選的，在s104中，分析密度是否影響eps泡沫彈性模量的過程中，設(shè)置多個不同密度的進行靜態(tài)壓縮仿真實驗，然后分析仿真實驗eps泡沫前后試樣變形情況，對比發(fā)現(xiàn)，試驗后eps泡沫材料未出現(xiàn)橫向膨脹現(xiàn)象，并且橫截面積始終保持不變，驗證了eps泡沫材料的彈性泊松比和塑性泊松比均接近零、壓縮時材料體積不守恒性質(zhì)。

11、優(yōu)選的，在s104中，根據(jù)仿真得出的幾個不同應(yīng)變率準靜態(tài)壓縮下材料的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線，能夠得出準靜態(tài)壓縮結(jié)果符合預(yù)期，具有可重復(fù)性，且材料存在典型的三段式變形區(qū)域，即線彈性區(qū)、平臺區(qū)、密實區(qū)；

12、并表現(xiàn)出應(yīng)變率的相關(guān)性，隨著應(yīng)變率的增大，平臺區(qū)相同應(yīng)變處應(yīng)力值增加，密實區(qū)相同載荷下應(yīng)變值減小，材料更早出現(xiàn)強化特征進入密實階段。

13、優(yōu)選的，在s104中，根據(jù)仿真實驗還能夠得出材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，且該曲線表現(xiàn)出密度相關(guān)性，不同密度的材料展示出變化趨勢相似的平臺區(qū)和密實區(qū)，當(dāng)密度增大時，材料的彈性模量增大，可見，密度是影響彈性模量的重要因素。

14、優(yōu)選的，在s104，分析不同孔隙率在靜態(tài)壓縮下對力學(xué)性能的過程中，首先建立五種不同孔隙率的材料仿真模型，分別為76.4％，78.8％，82.0％，86.0％，90.8％，這一步驟可以在hypermesh中進行，并選取78.8％和90.8％兩種孔隙率的仿真模型作為對比，得到它們的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

15、優(yōu)選的，在s104中，不同孔隙率的泡沫鋁在準靜態(tài)壓縮下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線有明顯的差別，且呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，在線彈性階段，由于彈性模量是根據(jù)基體材料的彈性模量直接輸入，進入屈服階段后差別性與規(guī)律性開始顯現(xiàn)，隨著孔隙率的升高，泡沫鋁的屈服強度和平臺應(yīng)力均降低，這是由于隨著孔隙率升高，材料內(nèi)部的平均孔壁厚度減小，使得本身更加容易被破壞，壓實應(yīng)變則相反，隨著孔隙率的升高，壓實應(yīng)變也在增加，說明對于孔隙率越高將其壓實所需的時間越長，越難進入到致密化階段。

16、優(yōu)選的，在s104中，分析在不同壓縮速度下的變形過程和破壞模式的過程中，分別為低速壓縮,高速壓縮條件下仿真模型在到達不同應(yīng)變時的位移云圖，可以看到，在不同的壓縮速度下，平臺應(yīng)力基本一致，對壓縮速度并不敏感，且應(yīng)力-應(yīng)變曲線整體均較為平穩(wěn)；

17、但隨著壓縮速度的升高，應(yīng)力-應(yīng)變曲線的起始點出現(xiàn)了延緩現(xiàn)象，在高速壓縮下，局部變形大，導(dǎo)致應(yīng)力波在胞孔，孔壁間產(chǎn)生反射，這就導(dǎo)致了應(yīng)力-應(yīng)變曲線的波動大，這種現(xiàn)象是由泡沫鋁在高速壓縮下的慣性效應(yīng)引起的。

18、一種基于3d建模的發(fā)泡材料性能仿真系統(tǒng)，執(zhí)行上述的發(fā)泡材料性能仿真方法，所述發(fā)泡材料性能仿真系統(tǒng)，包括模型單元，用于根據(jù)得到的eps泡沫實體建模，構(gòu)建eps泡沫3d模型；仿真單元，在hypermesh中對其進行網(wǎng)格劃分，從而建立eps泡沫的仿真模型；參數(shù)單元，定義環(huán)境條件與邊界條件，設(shè)置合理的環(huán)境條件和邊界條件；實驗單元，根據(jù)參數(shù)單元設(shè)定的參數(shù)進行仿真實驗

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

20、一、本發(fā)明通過得出根據(jù)仿真實驗還能夠得出材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，且該曲線表現(xiàn)出密度相關(guān)性，不同密度的材料展示出變化趨勢相似的平臺區(qū)和密實區(qū)，當(dāng)密度增大時，材料的彈性模量增大，可見，密度是影響彈性模量的重要因素。

21、二、本發(fā)明通過研究孔隙率對泡沫鋁在準靜態(tài)壓縮下力學(xué)性能的影響，得出材料的屈服強度、平臺應(yīng)力和吸能能力均隨孔隙率的升高而降低；壓實應(yīng)變則隨孔隙率的升高呈減小趨勢，說明泡沫鋁的孔隙率越高越難被壓實；泡沫鋁的單位質(zhì)量吸能能力與孔隙率的高低無明顯關(guān)系。

22、三、本發(fā)明通過分析了泡沫鋁在不同壓縮速度下的變形過程和破壞模式，發(fā)現(xiàn)在低速壓縮下變形過程和破壞模式與準靜態(tài)相似，但是在高速壓縮下泡沫鋁的變形機理與準靜態(tài)和低速時不同，變形區(qū)域主要集中在加載端附近，逐漸向下推進，正是這種慣性效應(yīng)使得泡沫鋁在高速壓縮下出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力增強現(xiàn)象。

23、綜上所述，能夠準確的仿真實驗出在不同密度，孔隙率以及收到壓縮速度下，直觀形象的研究出材料的具體性能參數(shù)，具有較強的參考價值與應(yīng)用價值。