(19)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 202211176005.0 (22)申请日 2022.09.26 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221000 江苏省徐州市泉山区金山 东 路1号 (72)发明人 陈培见　吴羽飞　彭娟　张营营　 刘昊　 (74)专利代理 机构 徐州上智知识产权代理事务 所(普通合伙) 32575 专利代理师 鹿存麟 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种水凝胶黏附层的搭接结构强度预测方 法 (57)摘要 本发明公开了一种水凝胶黏附层的搭接结 构强度预测方法， 通过计算水凝胶黏附层的参 数、 搭接结构建模、 使用有限元软件计算、 得到计 算结果并分析的步骤进行搭接结构强度预测， 并 能够根据不同的搭接结构， 建立所需的模型， 结 合水凝胶力学性能测试数据， 通过理论计算的方 法获得强度预测相关参数， 继而在有限元软件中 实现强度预测， 获得黏附层破坏过程， 有效地解 决含水凝胶黏附层的搭接结构强度预测的各种 问题， 不限制于受力情况和搭接结构， 适用范围 更加的广泛。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 115422809 A 2022.12.02 CN 115422809 A 1.一种水凝胶黏附层的搭接结构强度预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1， 确定水凝胶黏附层的组份以及各组份所占的体积比， 制作水凝胶黏附层， 并对水凝 胶黏附层进行拉伸试验， 计算得 出水凝胶黏附层的杨氏模量数值E和剪切模量数值G； S2， 建立待修复组织的三维断裂搭接模型， 所述三维断裂搭接模型为圆筒体， 所述断裂 搭接模型包括组织体 Ⅰ、 组织体Ⅱ和水凝胶黏附层， 所述组织体 Ⅰ和所述组织体 Ⅱ的断裂面 吻合， 组装后 构成组织体， 计算得出所述断裂搭接模型的参数， 所述参数包括组织体的内径 尺寸r1、 外径尺寸r2、 断裂面夹角 θ和组织体 Ⅰ或Ⅱ的最大边长l， 以及水凝胶黏附层的厚度t； S3,计算所述水凝胶黏附层的参数， 所述参数包括， 法向初 始刚度数值k1、 切向初始刚度 数值k2、 断裂能数值Γ和分离强度σ*； S4,在计算机中运行有限元 软件Abaqus 在材料属性模块， 赋予水凝胶黏附层材 料性质为： Mec hanical‑Elastic‑Traction， 在Tracti on中， 输入水凝胶黏附层的法向初始刚度数值 k1和切向初始刚度数值 k2； 在Mechanical ‑Damage from Traction  Separation  Laws‑Quads damage模块， 输入水 凝胶黏附层的分离强度σ*； 在Subopti ons‑Damage Evolution模块， 输入水凝胶黏附层的断裂能数值Γ； 赋予组织体的材 料性质为： Mec hanical‑Elastic； 在Mechanical‑Elastic模块， 输入组织体的弹性模量和泊松比； S5， 在Abaqus软件中完成待修复组织的三维 断裂搭接模型装配， 定义组织体 Ⅰ和组织体 Ⅱ的断裂面为Master  Surface， 定义水凝胶黏附层的端面为Slave  Surface， 定义组织体与 水凝胶黏附层的黏附关系为Tie  Constraint； S6， 在Abaqus软件的Load模块中设置约束， 所述约束模式为， 设置组织体 Ⅰ的断裂面与 水凝胶黏附层端面的搭接结构为固定， 设置组织体 Ⅱ与水凝胶黏附层端面的搭接结构为沿 轴向的位移加载； 在Mesh模块， 赋予水凝胶黏附层C HO3D类型、 密度为1的网格； 在Assign  element type模块， 选择element  deletion子模块， 赋予水凝胶黏附层 C3D8H类型、 密度为2的网格； 在Step‑field output模块， 选择SDEG、 STATUS选项， 运行搭接结构的牵拉指令， 获得牵 拉过程中水凝胶黏附层的单 元刚度。 S7， 根据步骤6所得出的水凝胶黏附层的刚度数值， 结合odb 文件， 通过结果与可视化模 块输出得到搭接结构的受力与加载位移的相互关系数据； 将搭接结构的受力与加载位移的相互关系数据导入Origin制图软件， 作图得到搭接结 构应力‑应变曲线云图和搭接结构力 ‑位移曲线图； 在Origin制图软件中， 通过对水凝胶黏附层结点建立Path， 通过Origin制图软件的 SDEG分析， 得到水凝胶黏附层在受力过程中某一时刻的破坏情况示意图， 通过破坏情况示 意图得出搭接结构的强度预测。 2.根据权利要求1所述的一种水凝胶黏附层的搭接结构 强度预测方法， 其特征在于， 所 述法向初始刚度数值 k1和切向初始刚度数值 k2的计算公式为，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115422809 A 2其中， E为水凝胶黏附层的杨氏模量； G为水凝胶黏附层的剪切模量； t为水凝胶黏附层的厚度。 3.根据权利要求1所述的一种水凝胶黏附层的搭接结构 强度预测方法， 其特征在于， 所 述断裂能数值Γ的计算公式为， 其中， Г0为水凝胶黏附层的内聚 能； Гp为水凝胶黏附层的塑性 耗散能； UT为水凝胶黏附层的韧性 值； t为水凝胶黏附层的厚度； 为黏附层的断裂面裂纹尖端塑性区的估计值。 4.根据权利要求3所述的一种水凝胶黏附层的搭接结构 强度预测方法， 其特征在于， 所 述内聚能Г0的计算公式为， 其中， εe为水凝胶黏附层弹性部分最大应 变； 所述UT的数值等于应力 ‑应变曲线与横轴包围的面积值。 5.根据权利要求4所述的一种水凝胶黏附层的搭接结构 强度预测方法， 其特征在于， 所 述 的计算公式为， 式中， θ 为断裂面与组织体的夹角； E为水凝胶黏附层的杨氏模量； v为水凝胶黏附层的泊松比； σs为水凝胶黏附层的屈服强度； α( θ )为平面应 变条件下裂纹方向的函数， 取值 为2。 6.根据权利要求1所述的一种水凝胶黏附层的搭接结构 强度预测方法， 其特征在于， 所 述分离强度σ*的计算公式为，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115422809 A 3