基于均匀化方法的多孔材料细观力学特性数值研究

本文把均匀化理论与有限元法相结合 ,应用于多孔材料的弹性本构数值模拟 ,利用位移渐进展开建立了均匀化有限元列式。通过对正方形孔洞蜂窝材料有效模量的计算比较 ,表明本文方法可得到较准确的有效模量 ;同时还考察了胞壁固体相的力学性能参数vs 对宏观力学性能的影响 ,得到了与一些理论公式相同的结论。最后 ,本文对胞壁中含有弹性增强相的多孔材料的力学性能进行了数值研究 ,并利用二次均匀化方法给出定量的计算结果     

基于均匀化方法的多孔材料细观力学特性数值研究

本文把均匀化理论与有限元法相结合,应用于多孔材料的弹性本构数值模拟,利用位移渐进展开建立了均匀化有限元列式。通过对正方形孔洞蜂窝材料有效模量的计算比较,表明本文方法可得到较准确的有效模量;同时还考察了胞壁固体相的力学性能参数vs对宏观力学性能的影响,得到了与一些理论公式相同的结论。最后,本文对胞壁中含有弹性增强相的多孔材料的力学性能进行了数值研究,并利用二次均匀化方法给出定量的计算结果。     

基于均匀化方法的节理岩体等效弹性性能预测

假定节理岩体具有均质的宏观结构和非均质的周期性分布的细观结构,利用均匀化方法,根据材料周期性特点,通过摄动理论建立依赖于两尺度坐标变量而变化的渐进位移场,推导出反映节理岩体细观结构的控制方程,并结合有限元法,数值模拟得到其宏观等效弹性模量。将算例得到的等效弹性模量与Taylor方法、自洽方法及Hashin-Shtrikman结果进行对比分析,证实了均匀化算法的合理性。同时探讨了节理岩体的弹性性能与组份性能及细观结构的关系,并考察了节理岩体的岩质材料泊松比对宏观力学性能的影响。     

通过渐近均匀化方法求解多孔材料弹性常数时局部函数的确定

采用渐近均匀化方法建立具有规则排列微结构的多孔材料弹性本构关系的问题中，需要求解定义在单胞上的局部问题以确定弹性常数。本文给出了求解局部问题的数值方法。算例表明，本方法具有实用价值、准确、简单。     

基于均匀化理论的三维编织复合材料弯曲细观应力数值模拟

从基于小参数渐近展开的多尺度均匀化理论出发,对三维编织复合材料的弯曲细观应力进行数值模拟。首先给出了等效弹性模量和细观应力的均匀化列式及有限元求解方程,然后讨论了三维编织复合材料细观单胞周期性边界条件的施加方法,最后对三点弯曲作用下三种单胞内应力分布进行了数值模拟。通过模拟比较了不同类型单胞及不同编织角材料弯曲应力的差异,总结出一些有益的结论,这些结论与实验结论都比较吻合。     

弹性接触颗粒状周期性结构材料力学分析的均匀化方法(Ⅰ) ——局部RVE分析

研究工作目的是建立弹性接触颗粒状组成周期性结构材料力学分析的均匀化模型。首先对具有周期性构造的弹性接触颗粒材料力学的微观(小尺度)与宏观两级均匀化方法的研究现状进行了简要回顾,进而发展了问题局部RVE分析的有限元求解技术,该方法考虑了弹性接触体的粘着界面特性,并基于参变量变分原理提出了问题求解的参数二次规划算法,为宏观均匀化分析工作打下基础。      

基于改进PSO算法的非均匀材料区间均匀化分析

利用区间均匀化方法对有限弹性变形下的非均匀材料进行了研究,引入多尺度有限元机制,将非均匀材料等效为某个非局部的代表性体积单元（RVE）。采用基于多尺度有限元与改进的粒子群（PSO）算法相结合的方式,对非均匀材料的有效参数（如弹性张量和第一Piola-Kirchhoff应力以及应变能等）进行了区间分析,充分考虑了代表性体积单元在不同边界条件下的区间参数的不确定性,以及不同区间条件对于代表性体积单元的有效参数的影响。      

粘弹性复合材料中的渐近均匀化方法

主要研究了由各向同性线弹性加强体和各向同性线粘弹性基体组成的复合材料的问题。在已有的线弹性多层材料的渐近均匀化方法的基础上,应用弹性-粘弹性对应原理,在Carson域中求解粘弹性问题,通过两次运用均匀化方法,得到一类单向强化复合材料的有效模量的表达式。反演可得到单向强化复合材料的有效松弛模量在时间域中的表达式,并且与其它结果进行了比较。     

基于均匀化理论的三维编织复合材料细观应力数值模拟

从基于小参数渐近展开和摄动方法的均匀化理论出发,给出了求解细观应力的数学表达式。通过有限元方法对三维编织复合材料的细观应力场进行数值模拟,并结合适当的强度准则对拉伸极限强度下单元的失效情况进行判断,得出材料强度的一种细观失效判据。通过该方法得到的应力计算结果与实验结论基本相符。      

功能梯度Levinson梁自由振动响应的均匀化和经典化表示

在两端简支边界条件下,给出了Levinson高阶剪切变形理论下功能梯度材料(FGM)梁的固有频率与参考均匀Euler-Bernoulli(E-B)梁的固有频率之间的解析转换关系。假设FGM梁的材料性质沿着梁的高度任意连续变化,通过分析FGM Levinson梁和均匀E-B梁的自由振动控制方程以及边界条件在数学上的相似性,推导出了用参考均匀E-B梁的固有频率表示的FGM Levinson梁的固有频率的解析式;从而,将复杂的耦合微分方程边值问题的求解简化为一些与梁的材料非均匀特性及几何特性有关的系数的计算问题。从而实现了Levinson剪切变形理论下FGM梁的振动响应的经典化和均匀化表示,可为工程应用提供便利。     

多维非经典热传导问题的时间2空间多尺度高阶均匀化分析

采用一种时间-空间多尺度高阶渐近均匀化分析方法,模拟了热冲击载荷条件下多维微尺度多相周期性结构中的非经典热传导问题。通过引入放大空间尺度和缩小时间尺度,在不同时间尺度上获得由空间非均匀性引起的波动效应和非局部效应。根据高阶均匀化理论在空间和时间上进行均匀化,消去缩小时间尺度,确定各阶等效均匀化热传导系数的关系并对该系数进行数值求解,获得了多维非傅里叶热传导高阶非局部温度场控制方程。进而对二维周期性多相材料中的非傅里叶热传导问题进行分析,结果证明了本文中所提出的多维非傅里叶热传导高阶非局部模型的正确性与有效性。     

用均匀化方法预测单向纤维复合材料热膨胀行为

本文利用均匀化方法研究了单向纤维复合材料的热膨胀行为。建立了热膨胀系数与组分材料性能、体分比之间的关系,得到了纤维/基体性能比值对横向热膨胀系数的影响比对纵向系数的影响更重要的结论。通过均匀化方法和四种已有的理论方法之间的相互比较,以及同实验值对比,分析了各理论方法的精度,验证了均匀化方法的可靠性。      

玻纤增强注塑件的均匀化弹性力学参数研究

基于均匀化方法,根据长玻纤增强聚丙烯(LGFR-PP)的微观特征,建立了非连续长玻纤增强复合材料的代表性体积单元(RVE),通过有限元方法模拟预测了复合材料的宏观等效弹性力学参数,与注塑样条拉伸性能测试结果进行了比较。研究表明,通过在玻纤两侧增加聚丙烯(PP)分布,所采用的RVE较传统连续纤维的有限元模型更为合理;当玻纤成单一取向时,玻纤增强聚丙烯为一种横观各向同性材料;改变玻纤取向与拉伸方向之间的角度,拉伸方向的等效模量先微幅减小,再迅速降低,而后趋于稳定。利用均匀化方法预测非连续长玻纤增强注塑件的等效弹性力学性能具有较高的工程可行性,能进一步为玻纤增强注塑件的结构服役性能分析提供科学依据。     

渐进均匀化理论研究复合材料有效力学性能

本文利用渐进均匀化理论,详细叙述了求解具有周期性细观单元结构的复合材料有效力学性能的方法,并结合有限元理论和周期性边界条件,给出了求解渐进均匀化方程的过程,为实际工程问题提供了预测材料力学性能的方法.     

复合材料热传导系数均匀化计算的实现方法

均匀化理论可以有效预测周期性结构复合材料的等效热传导系数,然而其控制方程的载荷项形式特殊,通用有限元软件中没有对应的载荷形式,难以直接求解.提出一种本构关系及场变量的类比方法,证明了在此类比下等效热传导系数均匀化方程与等效弹性模量均匀化方程是等价的.根据求解等效弹性模量均匀化方程的热应变法,提出一种新的等效热传导系数均匀化方程数值求解方法.以ABAQUS为平台,预测单向纤维复合材料以及金属蜂窝夹芯板的等效热传导系数,计算结果与参考值吻合良好.该方法为基于通用有限元软件的复合材料等效热传导系数的均匀化计算提供了简便途径.     

基座阻抗均匀化对加筋柱壳水下辐射噪声的影响

以加筋柱壳及典型基座结构为对象,分析了基座阻抗均匀化对加筋柱壳水下辐射噪声的影响。基于有限元法通过改变基座结构特征参数,研究加筋柱壳水下辐射噪声特性及基座结构阻抗特性,利用数值计算法分析基座结构机械阻抗对加筋柱壳水下辐射噪声的影响规律,在此基础上,进一步研究基座阻抗均匀化对加筋柱壳水下辐射噪声的影响。研究表明,相比于机械阻抗对加筋柱壳水下辐射噪声的影响,基座阻抗均匀化对其影响较小,但随着基座阻抗均匀程度的提高,加筋柱壳水下辐射噪声在减小。     

复合材料及其结构塑性极限载荷的上限分析

从细观和宏观两个角度研究复合材料及其结构的塑性极限承载问题。在细观角度上,从基于材料细观结构代表性胞元出发,根据塑性极限分析中的上限理论,借助于均匀化理论和有限元方法,建立复合材料强度参数计算的有限元数学规划格式。在此基础上,模拟复合材料的屈服面,进而拟合出复合材料的屈服准则。在宏观角度上,针对由复合材料构成的结构,根据数值模拟得到的屈服准则,利用上限分析方法计算得到复合材料结构的极限载荷。     

微观非均匀粘弹性材料吸声性能研究

橡胶类粘弹性材料作为吸声覆盖层时,可在内部加入空腔或掺杂其它材料改善其吸声特性.当大量分布的空腔尺度远小于波长时,这种微观非均匀的材料在宏观上看是均匀的,可以用一种均匀材料来等效.本文对含小球形空腔的橡胶材料,数值计算了等效介质参数及吸声系数.研究了腔大小、含量及橡胶材料参数对吸声的影响.     

Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金均匀化处理

研究了均匀化温度和均匀化时间对Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金微观组织的影响,优化了合金的均匀化处理制度,并对其均匀化过程进行了动力学分析.结果表明,铸态合金组织中存在严重的枝晶偏析,晶界上有大量残留相,各元素在晶内和晶界分布不均匀.随着均匀化温度的升高或均匀化时间的延长,合金组织中的残留相逐渐溶解,晶界变得稀薄,元素...     

三维均匀化方法预测编织复合材料等效弹性模量

本文将基于小参数渐近展开和摄动方法的均匀化理论与有限元方法结合起来应用于三维编织复合材料弹性本构的数值模拟。通过对三维编织结构等效模量的数值计算 ,结果表明本文的方法可得到较为准确的等效模量 ,并较其它解法大大降低了计算量。