橋梁用復(fù)合材料濕熱彈（塑）性性能的變分漸近細(xì)觀力學(xué)模型.pdf

1、復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比模量高，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造等領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代交通的發(fā)展，人們對橋梁的建造速度、建設(shè)成本、使用性能的要求越來越高，具有優(yōu)良特性的復(fù)合材料也被推廣到橋梁工程領(lǐng)域。廣闊的應(yīng)用范圍及復(fù)雜苛刻的服役條件(如濕熱力耦合場等)要求工程師對復(fù)合材料的性能具備充分的認(rèn)識，以充分發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)良特性。且復(fù)合材料具有非均勻性、各向異性等復(fù)雜性質(zhì)，精確計(jì)算其力學(xué)性能也是亟待解決的難題。
　　本文得

2、到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“變分漸近精細(xì)模型及在功能梯度壓電層合板殼多場耦合分析中的應(yīng)用”(資助編號：11272363)的資助。在已有細(xì)觀力學(xué)研究方法的基礎(chǔ)上，將變分漸近法引入細(xì)觀力學(xué)分析中，建立一種不引入特定假設(shè)、特定邊界條件的變分漸近均勻化理論，以準(zhǔn)確預(yù)測復(fù)合材料的力學(xué)特性。本文主要成果如下：
　　①基于變分漸近均勻化理論建立可預(yù)測復(fù)合材料有效濕熱彈性性能和單胞內(nèi)局部場分布的細(xì)觀力學(xué)模型。從推導(dǎo)復(fù)合材料濕熱彈性自由能泛函出發(fā)，

3、利用細(xì)、宏觀尺度比作為小參數(shù)對自由能泛函的主導(dǎo)變分項(xiàng)進(jìn)行漸近分析，得到濕熱彈性問題的細(xì)觀力學(xué)模型和局部場分布的重構(gòu)關(guān)系，并通過有限元數(shù)值方法實(shí)現(xiàn)。與ABAQUS有限元算例的對比表明：構(gòu)建的細(xì)觀力學(xué)模型可有效準(zhǔn)確地預(yù)測復(fù)合材料有效濕熱彈性屬性和重構(gòu)局部濕熱應(yīng)力應(yīng)變場分布。
　?、诨贏rmstrong-Frederick非線性硬化模型、Hill屈服準(zhǔn)則建立了考慮背應(yīng)力演化機(jī)制的彈塑性本構(gòu)模型。在Armstrong-Frederick

4、非線性硬化模型、Hill屈服準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，通過基于嚴(yán)格二階徑向返回算法的完全隱式應(yīng)力積分算法，建立應(yīng)力積分算式。并給出該模型的有限元格式，推導(dǎo)出基于離散本構(gòu)模型的、有限元整體節(jié)點(diǎn)平衡迭代所需的積分點(diǎn)處一致切線剛度模量。
　　③基于變分漸近均勻化理論建立彈塑性復(fù)合材料的變分漸近均勻化細(xì)觀力學(xué)模型。使用變分漸近法建立均勻化自由能泛函表達(dá)式，并在有限維度空間離散和通過多級Newton-Raphson法求解宏細(xì)觀響應(yīng)。通過長纖維增強(qiáng)金屬基