基于三维均匀化方法的复合材料本构数值模拟

论从小参数渐进展开和摄动方法的均匀化理论出发,构造了满足非协调元分片检验条件（TPC）的形函数,并且对单向纤维增强复合材料的弹性本构进行了数值模拟,结果表明该方法可得到较为准确的复合材料等效模量,并在一定程度上克服了一般等参元在模拟材料等效弹性常数所得结果过大,刚度过刚的弱点。     

求解复合材料等效性能的混合均匀化方法

考虑到层合板结构的多尺度特征，将均匀化方法与三维弹性子层板方法相结合，推导出一种新的方法，用以求解层合复合材料的等效刚度．该方法通过均匀化过程，将此三维刚度问题简化为二维问题，便于有限元网格划分及数据处理，提高计算效率．其潜在的优点是，可在二维规模上方便、准确地求得纤维方向含有周期性损伤时的损伤刚度．数值算例显示该方法具有较好的精度．     

均匀化方法在C／C复合材料中的应用研究

将均匀化理论与有限元法相结合应用于碳／碳复合材料有效弹性性能的求解计算中。通过与实验及文献结果的比较,验证了均匀化有限元方法的有效性;同时,还考察了参数对该材料等效性能的影响,得到了具有一定指导意义的结果。     

均匀化方法对单向碳/铝复合材料弹性性能预测

基于均匀化方法,预测单向碳/铝复合材料的等效弹性模量,得到单向碳/铝复合材料等效弹性常数的预测公式.首先,采用均匀化方法对单向玻纤/环氧复合材料等效弹性模量进行预测,得到玻纤/环氧复合材料的等效弹性常数,并与NASA经验公式的计算结果进行比较.结果表明,均匀化方法计算得到的等效弹性常数与NASA经验公式的计算结果相吻合,验证了周期性边界条件以及均匀化方法预测单向复合材料弹性性能的正确性.然后,采用均匀化方法对不同纤维含量的单向碳/铝复合材料等效弹性模量进行预测,并与NASA经验公式和混合法则的计算结果进行比较.结果表明,NASA经验公式和混合法则的计算公式可以预测单向碳/铝复合材料的纵向拉伸模量和纵向泊松比,但无法预测其横向拉伸模量和剪切模量.最后,采用最小二乘法拟合均匀化方法的计算结果对NASA经验公式进行修正,得到了单向碳纤维增强铝基复合材料横向拉伸模量和剪切模量的预测公式.     

单向复合材料损伤刚度的双重均匀化方法

研究了单向复合材料的细观损伤刚度问题。假设单向复合材料具有周期性的细观结构，通过渐近展开方法建立与两尺度坐标主量相关的控制方程。细观损伤用两个损伤变量来描述：裂纹线密度和面密度。通过所提出的双重均匀化方法来探讨它们对复合材料刚度的影响，上述问题结合数值分析，得到复合材料损伤刚度随损伤变量的变化关系。     

一类随机复合材料稳态热传导问题的均匀化方法

针对二维单向随机复合材料的稳态热传导问题给出了一种均匀化方法,证明了均匀化方法的合理性.这种方法不仅给出了材料物理参数的均匀化估计,而且从数值计算的角度来看,求解均匀化方程时网格剖分的正则性要求容易满足.     

基于Cosserat弹性理论的直接均匀化方法

运用细观力学中的直接均匀化方法研究了具有周期微结构的非均匀材料的均匀化问题,得到了基于Cosserat理论的直接均匀化方法,并对具有周期微结构的非均匀材料的平面问题进行了研究,研究结果验证了均匀化方法的正确性.     

基于均匀化理论的拓扑优化算法研究

在研究均匀化理论和拓扑优化理论基础上，推导了复合材料的均匀化求解方程，并将均匀化理论应用于拓扑优化中，推导了基于均匀化理论的二维拓扑优化求解算法。     

基于均匀化理论的针织物拉伸形变有限元模拟

针对针织物形变规律问题,以纬平针织物为研究对象,通过均匀化理论建立宏细观线弹性数学模型,确定针织物的周期性边界条件及载荷边界条件,采用数值模拟方法对织物等效弹性刚度求解,并结合有限元方法计算两种纬平针织物在双向拉伸下的应力应变响应值。与试验数据相比,当织物拉伸的应变小于5%时,基于均匀化理论的方法可准确模拟形变的应力应变关系,而当应变超过15%时,该模拟方法存在一定误差,但误差均可控制在9.7%之内。     

基于均匀化理论的混凝土等效弹性模量的数值模拟

在细观尺度上,混凝土可被视为由水泥砂浆基质、粗骨料和两者之间的黏结界面组成的三相复合材料。基于上述假设,根据均匀化理论,对胞元模型分别施加三种情况的边界条件和初始载荷,计算出了混凝土的等效弹性模量。结果表明,混凝土各相材料力学性能及体积分数的确定非常关键,尤其是界面相。由均匀化理论的有限元方法得到的数值计算结果与实验结果较为符合,能够准确地反映出周期性结构的宏观等效弹性性质。     

球形空心材料导热性能预测研究

研究了球形空心材料的导热性，给出了空心材料导热性与基体材料导热性及空心体分比间的关系。首先，将均匀化方法应用预测空心材料的导热性方面，并用该方法以图形方式给出了材料导热性同空心体分比间的关系；蕨，利用自洽模型和广义自洽模型给出了预测空心材料导热性的表达式。结果比较表明，这些方法给出了非常接近的结果，特别是均匀化方法和广义自洽方法的结果几乎的相同的。指出了Ｔｚｏｕ的关于球形空心材料导热性关系式的错误     

SF-TPU复合材料线热膨胀性能研究

对SF-TPU(短纤维－热塑性聚氨酯 )复合材料线热膨胀性能进行了理论与实验研究,考虑了短纤维取向分布的影响,建立了SF-TPU复合材料线热膨胀系数理论预测方程,理论预测与实验结果吻合较好。实验还表明,纤维取向因子f_p与SF-TPU复合材料线热膨胀系数有很好的对应关系。     

复合材料弹性性能尺度效应

利用均匀化方法研究了二级层状材料的细观结构尺度与一级层状材料尺度的相对大小对等效弹性性能的影响,讨论了二级层状材料宏观弹性常数的尺度效应。结果表明：(1)按多级复合方法确定的二级层状材料的弹性性质是当层状材料的单层厚度相对于宽度为无限小时的材料性质;(2)当第一级层状材料单胞厚度与宽度相近(单胞的长宽比a／b接近1)时,细观结构的长宽比对二级层状材料的宏观性质有较大影响,但这个影响随厚度与宽度差别的增大迅速衰减;(3)存在一个门槛值,当细观结构长宽比小于该门槛值和大于门槛值的倒数时,长宽比的变化基本不会引起材料弹性性质的变化;(4)两相材料的材料性质相差越大,尺度效应的影响程度越大,数值计算结果给出了尺度效应的影响程度。     

约束条件下石蜡-膨胀石墨复合相变材料热膨胀实验

采用水浴加热石蜡—膨胀石墨复合相变材料热膨胀压力试验装置,测试了约束条件下纯石蜡以及膨胀石墨质量分数分别为5％和10％的石蜡—膨胀石墨复合相变材料的膨胀压力.实验表明膨胀石墨的加入明显改善了石蜡—膨胀石墨复合相变材料的导热性能,使复合相变材料中石蜡的相变提前发生.膨胀石墨质量分数为5％和10％时,相变时间范围较纯石蜡相变时间分别缩短了30％和40％.膨胀石墨质量分数为5％时,石蜡—膨胀石墨复合相变材料产生的最大膨胀压力比纯石蜡相变产生的最大膨胀压力提高了25％,最大膨胀压力可达87.3 MPa.将石蜡—膨胀石墨复合相变材料用作驱动材料是切实可行的.     

界面对复合保温材料热学性能劣化作用机理

为了考察界面对复合保温材料热学性能的影响,成型了一组EPS含量不同的复合保温砂浆试件,并研究了这些试件在经历干湿循环和冻融循环作用后的导热系数.通过确定有机保温组分和基体的影响因子值,间接求得界面对复合保温材料热学性能的影响值.实验结果表明,当有机组分EPS的体积分数超过50%时,复合保温砂浆试件的热学性能明显劣化.结...     

偶联剂对木塑复合材料冲击强度与热膨胀性能的影响(英文)

以高密度聚乙烯(HDPE 6761)为基体,松木纤维(Pine)为增强材料,MAPE(EpoleneG2608)、MAPP(Exxelor VA1840)和Fusabond(WPC576D)为偶联剂,采用注塑法制备木塑复合材料(WPC),并测定了HDPE基体和不同配比WPC的热膨胀性能与冲击强度。结果表明:WPC的冲击强度明显低于高密度聚乙烯板(HDPE),较低的冲击强度是木塑复合材料的一个主要缺点,偶联剂的加入可以提高WPC的冲击强度;WPC的热膨胀系数明显低于HDPE,虽然偶联剂的加入可以较好地抑制热膨胀,但WPC的热膨胀系数的主要影响因素是木纤维的加入量及塑料基体的种类。     

复合材料层合板的热变形非线性分析

采用交替非线性分析有限元法研究了复合材料层合板在瞬态热载作用下的热变形问题。通过数值结果讨论表明，在研究热载作用下复合材料层合板热变形分析时必须考虑复合材料的热物理和力学机械性质随温度变化的非线性特征。     

材料热膨胀系数非一致性的原因

在精密测量和精密工程技术领域，影响精度的众多因素中，温度变化引起的热变形误差所占的比重越来越大，因此对热误差修正的好坏直接影响着精度。各种手册或工具书中提供的材料热膨胀系数一致性较差，给正确引用带来了困难。为此，系统地分析了造成这种非一致性的主要原因，指出热膨胀系数定义的差异，测量方法的差异，试样化学成分、加工方法和形体尺寸的差异是造成各种手册或工具书上热膨胀系数非一致性的主要原因。该研究为在工程实际中选用恰当的材料热膨胀系数提供了依据。     

复合材料广义热弹性问题格点型有限体积法研究

基于Lord-Shulman(L-S理论)、Green-Lindsay(G-L理论)及经典热弹性耦合理论(T-C理论),本文发展了一种适用于二维复合材料广义热弹性问题的格点型有限体积法(CV-FVM).运用交错网格技术,待解变量存储在单元节点,物性参数存储在单元中心,控制方程空间项采用双线性四边形单元进行离散,时间项采用欧拉隐式进行离散.针对均质无限大方板热冲击问题,本文对CV-FVM进行了数值验证,计算结果表明,本文发展的数值方法可以很好地捕捉热波波前和弹性波前的温度阶跃特性及热弹耦合特征.本文采用CV-FVM进一步研究了不同梯度系数p下钛合金/氮化硅复合板的热冲击问题,发现L-S理论复合板p=1时预测的功能梯度界面应力最小;T-C、G-L理论下,复合板p=10时预测的功能梯度界面应力最小,不同耦合理论选系数p对界面热弹性行为影响规律并不相同,并非材料线性分布(p=1)时界面应力幅值最小.本文发展的CV-FVM可作为复合材料热波问题和广义热弹性问题求解的一种备用工具.     

复合材料连续柱壳轴对称问题的热应力研究

根据Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ变分原理,在柱坐标系中,导出复合材料柱壳混合状态方程和边界条件的弱形式;在轴对称情况下,建立了连续闭口柱壳的热应力混合方程,给出了任意厚度连续柱壳在热荷载和机械荷载作用下的弱形式解。