(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 202210829866.8 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 中国海洋大学 地址 266100 山东省青岛市崂山区松岭路 238号 (72)发明人 方辉　刘勇　金子健　李华军　 段利亚　 (74)专利代理 机构 南京智造力知识产权代理有 限公司 32382 专利代理师 张明明 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 113/26(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种消浪沉箱开孔墙跨尺度优化设计方法 及装置 (57)摘要 本发明提供一种消浪沉箱开孔墙跨尺度优 化设计方法及装置， 包括： 材料细观代表性体元 模型建立模块。 用于构建超高性能混凝土的材料 细观代表性体元模型； 材料宏观弹塑性本构关系 数值模型建立模块， 用于构建超高性能混凝土的 材料宏观弹塑性本构关系数值模 型， 并实现超高 性能混凝土材料单元的应力应变更新； 开孔墙构 件设计模块， 用于设计开孔墙构件， 并利用静力 弹塑性分析法确定加入超高性能混凝土材料的 开孔墙构件极限承载能力； 消浪沉箱设计模块， 用于设计消浪沉箱， 将加入超高性能混凝土材料 的开孔墙构 件作为消浪沉箱的开孔前墙。 本发明 能有效实现对开 孔沉箱结构的安全性综合优化。 权利要求书3页 说明书9页 附图6页 CN 115310173 A 2022.11.08 CN 115310173 A 1.一种消浪沉箱开 孔墙跨尺度优化设计方法， 其特 征在于： 建立超高性能混凝土的材料细观代表性体元模型， 通过周期性边界条件下对超高性 能 混凝土材料 的代表性体元进行位移加载分析， 后处理分析结果， 得到材料宏观本构关系 特 征； 所述材料细观代表性体元模是将钢纤维加入 超高性能混凝 土的材料基体中； 基于所述材料宏观本构关系特征， 建立超高性能混凝土的材料宏观弹塑性本构关系数 值模型， 用于超高性能混凝 土材料单元的应力应 变更新； 所述材料宏观弹 塑性本构关系数值模型为超高性能混凝 土材料的应力应 变关系； 将加入钢纤维的超高性 能混凝土材料引入到开孔墙构件中， 利用静力弹塑性分析法确 定所述开孔墙构件的极限承载能力， 在确定所述开孔墙构件的极限承载能力过程中， 利用 所述应力应 变更新， 实现超高性能混凝 土材料单元屈服损坏； 所述开孔墙构件作为消浪沉箱的开孔前墙， 所述消浪沉箱还包括间隔消浪室的隔墙以 及实体后墙箱体结构。 2.根据权利要求1所述的消浪沉箱开孔墙跨尺度优化设计方法， 其特征在于， 所述材料 细观代表性体元模型的构建过程 为： 创建超高性能混凝土的材料基体、 随机分布的钢纤维， 将材料基体和钢纤维赋予材料， 装配材料基体、 钢纤维， 将钢纤维嵌入材料基体中， 材料基体和钢纤划分网格， 形成材料细 观代表性体元模型； 所述钢纤维的嵌入量为： 占材料细观代表性体元模型体积 份数的1％～ 4％。 3.根据权利要求2所述的消浪沉箱开孔墙跨尺度优化设计方法， 其特征在于， 所述钢纤 维的嵌入量 为： 占材料细观代表性体元模型体积份数的2％。 4.根据权利要求1所述的消浪沉箱开孔墙跨尺度优化设计方法， 其特征在于， 在弹性变 形阶段， 所述超高性能混凝 土材料的应力应 变关系为： dσ ＝Dedε 其中， dσ 为应力增量， dε为应 变增量， De为弹性矩阵。 5.根据权利要求4所述的消浪沉箱开孔墙跨尺度优化设计方法， 其特征在于， 在弹塑性 变形阶段， 所述超高性能混凝 土材料的应力应 变关系为： dσ ＝Depdε 其中， Dep为弹塑性矩阵， 且： 其中， Dp为塑性矩阵， w 为塑性势函数， f为屈服 函数， H为硬化 函数， σ 为 等效应力， 且： w＝ ∫ σsdεpl 其中： σs为屈服应力， εpl为等效塑性应变， σx为正应力沿x轴方向的分量， σy为正应力沿y权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115310173 A 2轴方向的分量， σz为正应力沿z轴方向的分量， τxy为相切于xy平面的切应力分量， τzx为相切 于zx平面的切应力分量， τyz为相切于yz平面的切应力分量。 6.根据权利要求5所述的消浪沉箱开孔墙跨尺度优化设计方法， 其特征在于， 所述屈服 函数的表达式为： 其中： θ为Lo de角， c为材料屈服时的粘聚力， 为材料屈服时的内摩擦角； K( θ )表示θ 的 中间量函数， p为等效压应力q为Mises等效应力， 且： 其中： σ1为第一主应力， σ2为第二主应力， σ3为第三主应力， I1为应力张量第一不变量， J2 为应力偏量第二不变量， J3为应力偏量第三不变量， I2为应力 张量第二 不变量， I3为应力张量第三 不变量； 且： 7.根据权利要求6所述的消浪沉箱开孔墙跨尺度优化设计方法， 其特征在于， 所述应力 应变更新的过程 为： 根据屈服函数判断材料是否屈服， 若未屈服， 则计算弹性矩阵， 若材料屈服， 则计算塑 性势函数w、 硬化函数H和等效应力σ， 进一步计算弹塑性矩 阵， 结合应变增量， 得到应力增 量， 进行应力更新； 基于有限元 软件输出的应 变和应变增量， 进行应 变更新。 8.一种实现权利要求1 ‑7任一项所述的消浪沉箱开孔墙跨尺度优化设计方法的装置， 其特征在于， 包括： 材料细观代表性体元模型建立模块， 用于构建超高性能混凝土的材料细观代表性体元 模型； 材料宏观弹塑性本构关系数值模型建立模块， 用于构建超高性 能混凝土的材料宏观弹 塑性本构关系数值模型， 并实现超高性能混凝 土材料单元的应力应 变更新；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115310173 A 3