本发明涉及先进陶瓷分析，尤其是涉及一种评估多孔陶瓷抗热震性能的双尺度模拟方法。
背景技术：
1、众所周知，气孔是陶瓷材料中常见的微结构组元，对其结构功能一体化有重要影响。气孔降低了陶瓷材料的密度，赋予其保温性能，同时保留了耐高温和化学稳定性，使其广泛应用于冶金、化工和航空航天等领域，具有显著的商业价值和军工潜力。然而，陶瓷材料的固有脆性使其对缺陷敏感，气孔显著降低了陶瓷的断裂韧性。不同制备工艺引起的显微结构差异使得微结构参数对断裂韧性的影响规律不明确。陶瓷材料的高弹性模量、低热导率和大热膨胀系数在极端温度下易引发热应力，特别是气孔的加入，使裂纹在热应力下更易偏转和分叉，使裂纹监控和尺寸测量更加困难，增加了含气孔陶瓷性能评估和预测的难度，影响高强韧陶瓷材料的研发与应用。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种评估多孔陶瓷抗热震性能的双尺度模拟方法，联合热应力强度因子和断裂韧性评估临界损伤温度差，为高强韧且具有优异抗热震性能的陶瓷材料研发中的微观调控和设计应用中的性能预测提供依据。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种评估多孔陶瓷抗热震性能的双尺度模拟方法，包括以下步骤：
3、s1、构建含有晶粒、晶界、气孔微观特征的rve模型，在微尺度计算平均断裂强度、断裂能、弹性模量和泊松比等微尺度力学性能，同时计算热导率、热容以及热膨胀系数；
4、s2、在宏观尺度建立含单边裂纹的三点抗弯模型，输入s1的微尺度力学性能数据计算宏观断裂韧性；
5、s3、在宏观尺度建立含单边裂纹的热震模型，基于s1的微尺度力学性能数据计算热应力强度因子和温度差之间的关系；
6、s4、联合热应力强度因子和断裂韧性评估临界损伤温度差，建立材料微结构参数和宏观抗热震损伤性能的关系。
7、优选的，所述s1中rve模型的建立包括以下步骤：
8、s11、利用泰森多边形构建致密氧化铝微观特征的rve模型；
9、s12、生成随机分布的孔洞，构建同样尺寸的矩形，并随机生成第二套种子点，删除种子点对应的晶粒生成孔洞，对于同时处在多个多边形的种子点，删除种子点偏多的多边形，种子点在边界多边形时不予删除，控制每次种子的数量得到不同孔隙率的代表性体积元模型；
10、s13、使用image-pro plus 6.4软件计算孔洞占整个rve模型的面积比，即孔隙率；
11、s14、通过软件abaqus对微结构模型划分网格，输入材料力学参数并施边界条件，在微尺度计算平均断裂强度、断裂能、弹性模量和泊松比微尺度力学性能、热导率、热容以及热膨胀系数。
12、优选的，所述s2中含单边裂纹的三点抗弯模型sevnb的建立包括以下步骤：利用rve失效过程中获得的材料断裂参数用于宏观三点抗弯模型，计算不同孔隙率、晶粒大小、晶界强度下的断裂韧性；其材料为各相同性的线弹性的本构，裂纹扩展过程由扩展有限元法xfem描述。
13、优选的，所述s3中含单边裂纹的热震模型的建立包括以下步骤：
14、s31、模型下表面和右表面为指定温度，而上表面和左表面为绝热状态，基于此，热传导控制方程为：
15、
16、ρ为密度，λ为热导率，x为x轴坐标，y为y轴坐标，t为时间，c为比热容；
17、t＝0时刻模型内部的初始状态为：
18、t(x,y,t＝0)＝t0 (2)
19、物体表面与环境的热交换分为三类，即已知温度的第一类边界条件、已知热流的第二类边界条件、对流传热的第三类边界条件，含裂纹宏观抗热震模型为已知温度的第一类边界，所以：
20、t(x,y,t)＝t∞ (3)
21、t∞为环境温度；
22、对于上表面和左表面，为绝热边界，即热流为0：
23、
24、其中n表示界面法相方向，对于上表面为y方向，对于左表面为x方向，求解热传导控制方程即可得到任意时刻各区域的温度；
25、s32、模型采用顺序热力耦合分析应力场，由于温度差异引起的应变为：
26、εij＝αδt(i,j) (5)
27、α为热膨胀系数；δt为温度差；
28、根据线弹性本构关系，求解应力为：
29、σij＝-εijeδij (6)
30、其中e为等效弹性模量，δij为kronecker符号，i为第i行，j为第j列，当i＝j时，δij为0，当i≠j时，δij为1。
31、优选的，所述s4中建立材料微结构参数和宏观抗热震损伤性能的关系通过对比热应力强度因子和断裂韧性，若热应力强度因子等于断裂韧性，裂纹准备扩展；若热应力强度因子大于断裂韧性，裂纹开始扩展，确定裂纹扩展的临界温度差，从而建立材料微结构参数与宏观抗热震损伤性能的关系。
32、因此，本发明采用上述一种评估多孔陶瓷抗热震性能的双尺度模拟方法，具有以下有益效果：
33、(1)通过建立双尺度模型，定量分析晶粒尺寸、晶界断裂能和气孔率等微结构参数与含气孔陶瓷断裂韧性之间关系，解决了传统微尺度模型难以评估晶粒尺寸、晶界断裂能和气孔率等微结构参数对断裂韧性影响的问题，同时也解决了宏观模型与显微结构脱离的问题。
34、(2)定量分析了气孔率、晶粒尺寸、晶界断裂能对抗热震性能的复杂耦合效应，解决了陶瓷材料在气孔的加入后，裂纹在热应力下更易偏转和分叉，裂纹监控和尺寸测量更加困难，含气孔陶瓷性能评估和预测的难题。
35、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种评估多孔陶瓷抗热震性能的双尺度模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种评估多孔陶瓷抗热震性能的双尺度模拟方法，其特征在于：所述s1中rve模型的建立包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种评估多孔陶瓷抗热震性能的双尺度模拟方法，其特征在于：所述s2中含单边裂纹的三点抗弯模型sevnb的建立包括以下步骤：利用rve失效过程中获得的材料断裂参数用于宏观三点抗弯模型，计算不同孔隙率、晶粒大小、晶界强度下的断裂韧性；其材料为各相同性的线弹性的本构，裂纹扩展过程由扩展有限元法xfem描述。
4.根据权利要求1所述的一种评估多孔陶瓷抗热震性能的双尺度模拟方法，其特征在于：所述s3中含单边裂纹的热震模型的建立包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种评估多孔陶瓷抗热震性能的双尺度模拟方法，其特征在于：所述s4中建立材料微结构参数和宏观抗热震损伤性能的关系通过对比热应力强度因子和断裂韧性，若热应力强度因子等于断裂韧性，裂纹准备扩展；若热应力强度因子大于断裂韧性，裂纹开始扩展，确定裂纹扩展的临界温度差，从而建立材料微结构参数与宏观抗热震损伤性能的关系。
