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为了表征金属芯压电纤维增强聚合物基（MPF/PM）复合材料非线性、时变的压电-黏弹-塑性行为,基于变分渐近理论建立MPF/PM增量形式的细观力学模型。首先分别导出聚合物和MPF增量型本构方程,基于汉密尔顿扩展原理推导出MPF/PM压电-黏弹-塑性变分原理的能量泛函。考虑材料的时变和非线性特征,建立与求解瞬时有效机-电耦合矩阵有关的增量过程,并通过有限元技术实现模型的数值模拟。利用构建模型研究了不同铝芯体积分数、电场变化率和加载条件对MPF/PM有效全局应力-应变和单轴纵向拉伸性能的影响。结果表明,构建的模型能准确模拟MPF/PM多场耦合作用下的非线性、时变行为,为该新型智能材料的实际工程应用奠定理论基础。 相似文献
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为有效模拟形状记忆合金增强聚合物基复合材料(SMA/PMCs)有效时变和伪弹性响应,基于变分渐近理论框架构建增量型细观力学模型。首先分别导出聚合物和形状记忆合金增量本构方程,建立统一的本构方程;以此为基础推导出能量泛函的变分表达式。考虑材料的时变和非线性特征,建立与求解切向瞬时有效矩阵有关的增量过程,并通过有限元数值实现。通过数值算例表明:构建的模型可用于模拟SMA/PMCs在不同加载率和温度下的有效时变、伪弹性响应,准确捕捉聚合物基体黏弹性诱发的复合材料率相关、滞回行为等。 相似文献
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为有效模拟新型多功能智能材料——金属芯压电压磁纤维/聚合物基复合材料(MPPF/PMCs)的有效时变、非线性和多物理场响应,基于变分渐近法建立增量形式的细观力学模型。首先分别导出聚合物、压电压磁材料和金属芯的增量本构关系,建立统一的本构方程;以此为基础,推导出能量变化泛函的变分表达式。考虑材料的时变和非线性特征,建立与求解瞬时切线电-磁-力耦合矩阵有关的增量过程;通过最小化近似泛函求解场变量的波动函数,并通过有限元数值实现,从而建立逼近物理和工程真实性的细观力学模型。通过含铝芯压电(BaTiO_3)压磁(CoFe_2O_4)聚合物基复合材料算例表明:构建的模型可用于模拟不同多物理场下MPPF/PMCs的有效响应,可准确捕捉纤维与基体间的应力突变现象。 相似文献
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涂层可对纤维起到表面改性及调节界面残余应力的作用,对宏观性能有重要的影响。为准确预测多场环境下涂层-纤维增强磁电弹性（MEE）材料的有效属性和局部场分布,基于变分渐近理论建立均匀化细观力学模型。从非均匀连续介质的总电磁焓入手,利用材料细观尺度远小于宏观尺度的特征,将多物理场下细观力学建模转换为约束条件下总电磁焓的最小化问题。为分析工程应用中智能材料的涂层-纤维细观结构,采用有限元技术实现该模型的数值模拟。通过与有限元结果的对比分析表明：构建的模型可准确预测涂层-纤维增强MEE材料的多物理场行为,不同厚度和刚度的涂层对应力集中和有效属性有较大的影响,同时揭示了许多独特的电-磁交互现象,为预测和优化涂层-纤维增强MEE材料的性能提供有益的参考。 相似文献
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基于一种新颖的建模方法——变分渐近均匀化理论,建立了磁致伸缩复合材料的细观力学模型,以准确预测材料的有效属性和局部应力、磁通密度分布。从建立磁致伸缩复合材料的总磁焓入手,将总磁焓中的场变量精确解表示为平均值和波动函数之和。根据最小势能原理,利用细宏观尺度比作为小参数对约束条件下总磁焓求驻值(最小化)建立细观力学模型。为分析实际工程中的微观结构,利用有限元离散技术实现构建模型的数值模拟。CoFe_2O_4/环氧树脂复合材料数值算例结果表明:构建的模型可准确预测磁致伸缩复合材料的有效属性和局部场分布,并可扩展到其他多相复合材料的有效属性和局部场分析中。 相似文献
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