復(fù)合材料性能數(shù)值仿真及自洽方法的應(yīng)用研究.pdf

1、復(fù)合材料作為未來材料的發(fā)展趨勢，以其優(yōu)越的可設(shè)計性和性能得到了快速的發(fā)展。復(fù)合材料宏觀有效性質(zhì)與其微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，但是理論分析很難全面的考慮復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，精確度有限。本文以兩相連續(xù)復(fù)合材料為研究對象，考慮組份材料的大小、形狀和隨機(jī)分布等微觀結(jié)構(gòu)特性，利用數(shù)理統(tǒng)計的思想，基于有限元軟件ANSYS對兩相連續(xù)復(fù)合材料的宏觀有效楊氏模量進(jìn)行預(yù)測；基于自洽理論方法提出一種新的數(shù)值模型用于宏觀有效性質(zhì)的預(yù)測。
　　本研究主要內(nèi)容包括：

2、⑴分別建立三維兩相連續(xù)復(fù)合材料和平面應(yīng)力狀態(tài)下的二維兩相連續(xù)復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)模型，亦可稱為全尺寸模型，模擬各個組份材料的隨機(jī)分布，通過有限元分析，確定兩相連續(xù)復(fù)合材料在不同體積分?jǐn)?shù)下的體積代表單元(RVE)，預(yù)測其有效楊氏模量Ee。研究組份材料楊氏模量比、體積分?jǐn)?shù)、大小和形狀對有效性質(zhì)的影響。仿真分析表明：組分材料楊氏模量比越大，其RVE越大，組份材料的形狀和大小對兩相連續(xù)復(fù)合材料的有效楊氏模量的影響較小。⑵基于Budiansky的自

3、洽理論核心思想分別建立二維和三維兩相連續(xù)復(fù)合材料的自洽數(shù)值計算模型，將復(fù)合材料的全尺寸模型嵌入到有效彈性性能待定的等效均質(zhì)介質(zhì)中，利用迭代方法計算復(fù)合材料的有效性質(zhì)。仿真結(jié)果表明：全尺寸數(shù)值模型和數(shù)值自洽模型預(yù)測的有效楊氏模量值在誤差范圍之內(nèi)；自洽數(shù)值模型單次迭代計算所需的硬件資源和時間遠(yuǎn)小于全尺寸數(shù)值模型，迭代計算收斂的總時間增加；可見自洽數(shù)值模型以犧牲計算時間為代價來減少對計算資源的要求。⑶建立了多晶體金屬銅三維全尺寸數(shù)值模型和自洽