復(fù)合材料彈性力學(xué)特性數(shù)值預(yù)測(cè)研究.pdf

1、復(fù)合材料由于其優(yōu)異的性能而備受關(guān)注，本文主要探討其宏觀彈性性質(zhì)的預(yù)測(cè)。本文采用直接建模有限元方法，研究復(fù)合材料的有效彈性性質(zhì)，并出于驗(yàn)證和比較的目的回顧和分析了經(jīng)典的理論上下界限和解析方法。由于針對(duì)傳統(tǒng)的夾雜一基體型復(fù)合材料的理論方法和數(shù)值建模方法較為成熟，本文研究的復(fù)合材料主要是指微觀結(jié)構(gòu)中無(wú)法清楚區(qū)分基體相和夾雜相的非夾雜一基體型復(fù)合材料。本文主要的工作如下： 1．分析了經(jīng)典的復(fù)合材料彈性性質(zhì)預(yù)測(cè)的理論上下界限和解析方法，比

2、較了不同組分材料彈性模量比的情形下，Hashin-Shtrikman界限和Voigt-Reuss界限所確定的有效模量的理論界限范圍；針對(duì)兩相復(fù)合材料，研究了不同基體夾雜組合時(shí)，廣義自洽方法、Mori-Tanaka方法和Halpin-Tsai方法的預(yù)測(cè)結(jié)果及其與Hashin-Shtrikman界限的關(guān)系。 2．提出了直接建模有限元方法的建模思路并介紹了其具體實(shí)現(xiàn)方法：通過(guò)將初始樣本模型離散成大小形狀相同的初始材料域，按照一定概率分

3、布規(guī)則賦予材料域相應(yīng)組分材料屬性并細(xì)分材料域?yàn)槿舾蓚€(gè)有限元單元，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的模擬，建立了復(fù)合材料的平面和三維模型。 3．運(yùn)用直接建模有限元方法，建立了兩相隨機(jī)復(fù)合材料的有限元模型，并通過(guò)后續(xù)的有限元分析得到了平面和三維情況下，樣本復(fù)合材料有效模量的預(yù)測(cè)值。通過(guò)將預(yù)測(cè)值與Hashin-Shtrikman理論上下界限的比較驗(yàn)了本文提出方法的有效性；通過(guò)與廣義自洽方法預(yù)測(cè)結(jié)果的比較，證明了經(jīng)典解析方法對(duì)非夾雜—基體復(fù)合材

4、料有效彈性模量的預(yù)測(cè)存在不足，而本文提出的方法可以有效的預(yù)測(cè)這種復(fù)合材料的有效彈性性質(zhì)。 4．研究了直接建模有限元方法中初始材料域大小及其單元密度這兩個(gè)建模參數(shù)對(duì)有效模量預(yù)測(cè)結(jié)果的影響，為選擇合適的建模參數(shù)以減少計(jì)算量且滿足精度要求提供了依據(jù)；在選擇適當(dāng)?shù)慕?shù)基礎(chǔ)上，研究了組分材料體積分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料彈性力學(xué)性能的影響。 本文提出了一種新的復(fù)合材料有效彈性模量數(shù)值預(yù)測(cè)方法，即直接建模有限元方法。研究結(jié)果表明該方法能有效