科创中国

本发明提供了一种基于代表体元法的微结构泊松比性能预测方法及系统，其目的在于，基于代表体元法提升等效泊松比计算精度，基于代理模型提升预测效率，并与泊松比性能计算模型相结合，实现微结构等效泊松比性能的快速准确预测。

本发明属于微结构等效性能预测领域，并具体公开了一种基于代表体元法的微结构泊松比性能预测方法及系统，其包括步骤：提取目标微结构几何特征，构建特征线集合，得到原始局部水平集值；在原始局部水平集值添加特征系数得到局部水平集函数，建立微结构几何模型，并得到微结构体积分数；基于代表体元法，根据微结构几何模型构建等效模型；进而构建微结构的等效泊松比性能计算模型；对微结构体积分数进行抽样，并根据等效泊松比性能计算模型得到对应的等效泊松比，得到多组体积分数和等效泊松比样本数据；根据样本数据对代理模型进行训练，得到性能预测模型，实现微结构泊松比性能预测。本发明可实现微结构泊松比性能的快速、高精度预测。

泊松比是指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的比值，也叫横向变形系数，是反映材料横向变形的弹性常数。材料的弹性模量和剪切模量与泊松比密切相关。当泊松比由正数变成负数时，材料的抗剪切能力显著提高。负泊松比超材料和结构具有优异的抗剪切性能、抗冲击性能、抗断裂性能、吸能隔振、渗透率可变性能、曲面同向性等力学性能。在航空航天方面，负泊松比材料具有较好的抗冲击性能，在飞机机翼、机身上既有重要的应用；在航海方面，因其优异的隔振效果和降噪性能可以应用于船舶设备减振方面。在生物医疗方面，负泊松比超材料可以作为制造人造皮肤、血管支架、医用绷带等设备的原材料。

因此如何准确求解结构材料的泊松比性能具有重要的现实和工程意义。但目前，基于有限元仿真或者是实验计算进行泊松比预测，无法实现或者实现成本过高、计算效率过低，难以找到最优设计方案。

华中科技大学（Huazhong University of Science and Technology），简称华中大、华科大 ，位于湖北省武汉市，是中华人民共和国教育部直属的综合性研究型全国重点大学、位列国家“双一流”“985工程”“211工程”、入选“强基计划”“111计划”、卓越工程师教育培养计划、卓越医生教育培养计划、国家大学生创新性实验计划、国家级大学生创新创业训练计划、国家建设高水平大学公派研究生项目、国家级新工科研究与实践项目、基础学科拔尖学生培养计划2.0，是学位授权自主审核单位、全国深化创新创业教育改革示范高校、一流网络安全学院建设示范项目高校、中国政府奖学金来华留学生接收院校、教育部来华留学示范基地，为中欧工程教育平台成员和医学“双一流”建设联盟 、国际应用科技开发协作网 、全球能源互联网大学联盟成员。

1.本发明基于梯度微结构几何特征构建微结构的局部水平集函数，由局部水平集函数构造微结构几何模型，实现任意微结构构型的梯度子结构生成；并基于代表体元法构造均质化等效模型，进而计算微结构等效泊松比性能；最后结合代理模型，实现微结构泊松比性能快速、高精度预测。

2.本发明采用局部水平集函数构造梯度填充微结构几何模型，基于微结构几何特征可以获得任意微结构构型的梯度子结构，并采用水平集函数生成微结构可以获得更加清晰、光滑的边界。

3.本发明基于代表体元法构建等效均质模型进行计算，更贴近材料实际性能，充分考虑到结构形式和尺寸效应，模型计算精度高，得到更符合工程实际应用的材料性能。

4.本发明采用Kriging代理模型构建泊松比性能快速预报模型，可以实现高精度、高效率的性能快速预报，极大地降低了微结构等效性能的计算成本。

本专利成果采用技术转让，技术入股，技术合作等成果转化方式，希望进一步实现该专利的有益效果，有兴趣皆可面议。