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申请/专利权人：西北工业大学

摘要：本发明公开了一种基于有限体积法和分段线性重构的细观烧蚀形貌模拟方法，涉及热防护材料性能评价技术领域。所述方法包括构建复合材料的细观几何模型；建立复合材料的细观烧蚀模型；获取每个单元固体体积分数的数据集；获取每个单元修正后的固体体积分数的数据集；根据每个单元修正后的固体体积分数的数据集对复合材料界面进行重构，获取复合材料表面细观烧蚀形貌和表面粗糙度。本发明考虑气流剪切造成的机械剥蚀、气动吹除等非热化学烧蚀引起的质量损失和形貌变化；通过识别重构材料细观烧蚀形貌，得到烧蚀表面粗糙度。

主权项：1.一种基于有限体积法和分段线性重构的细观烧蚀形貌模拟方法，其特征在于，用于石英纤维和酚醛树脂合成的复合材料烧蚀表面的分析，包括以下步骤：构建复合材料的细观几何模型；将复合材料的细观几何模型转化为立方体单元构成的离散模型；建立复合材料的细观烧蚀模型；基于固体体积分数法，根据复合材料的细观烧蚀模型对离散模型中的每个单元进行烧蚀后退计算，获取每个单元固体体积分数的数据集，并获取该单元在烧蚀后退时石英纤维暴露的高度；基于三维Hashin失效准则，根据石英纤维暴露的高度获取机械剥蚀发生的极限剪切力；根据复合材料的使用环境定义气动剪切力；根据极限剪切力与气动剪切力的差异判断每个单元是否发生机械剥蚀和气动吹除；根据每个单元是否发生机械剥蚀和气动吹除对固体体积分数的数据集进行修正，获取每个单元修正后的固体体积分数的数据集；根据每个单元修正后的固体体积分数的数据集对复合材料界面进行重构，获取复合材料表面细观烧蚀形貌和表面粗糙度；所述建立复合材料的细观烧蚀模型包括：构建复合材料在三维坐标下的空间曲面函数；复合材料在烧蚀后退时，曲面上各点在时间间隔阈值内沿法向量方向后退距离阈值形成烧蚀后的新曲面函数；以及复合材料中树脂基体在烧蚀后退时的氧气扩散方程；所述复合材料在三维坐标下的空间曲面函数为： 复合材料在烧蚀后退时，曲面上各点在时间间隔阈值内沿法向量方向后退距离形成烧蚀后的新曲面函数为： 式中，是材料表面函数，在气-固相或液-固相交界面有；是空间坐标；是时间；是反应浓度；是界面后退速度；是非均相反应速率；是固体相的摩尔体积；是固体相界面的外法向；是梯度算子；是向量的模；所述复合材料中树脂基体在烧蚀后退时，氧气扩散方程： 式中，是反应浓度；是时间；是扩散系数；是梯度算子；所述每个单元固体体积分数的数据集是按照以下步骤获取：定义每个单元固体体积分数为： 利用固体体积分数改写氧气扩散方程和烧蚀后的新曲面函数分别为： 式中，是单元中的固体体积；是单元体积；代表气相单元，代表固相单元，代表混合单元；是反应浓度；是时间；是扩散系数；是固体相界面的外法向；是非均相反应速率；是梯度算子；是界面后退速度的绝对值；采用有限体积法对氧气扩散方程和烧蚀后的新曲面函数进行求解，获取固体体积分数的数据集。

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百度查询： 西北工业大学 基于有限体积法和分段线性重构的细观烧蚀形貌模拟方法