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相似文献
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1.
王挺  张蕊  郭然 《固体力学学报》2021,42(4):490-500
采用含界面相Voronoi单元有限元法,根据广义胡克定律,计算了在给定边界条件下,颗粒增强复合材料的等效弹性常数。建立了含多个随机分布的椭圆形夹杂及界面相的VCFEM模型,分析了夹杂体分比,界面相厚度和界面相弹性模量等因素对颗粒增强复合材料等效弹性常数的影响,并利用普通有限元方法对比验证。结果表明,当界面相弹性模量小于基体与夹杂时,材料的等效弹性模量会随着界面相厚度的增大而减小,随着夹杂体分比的增大而减小,并且界面过薄时,材料的等效弹性模量会随着夹杂体分比的增大而增大;当界面相弹性模量大于基体或夹杂时,材料的等效弹性模量会随着夹杂体分比和界面相厚度的增大而增大。而界面相的厚度和弹性模量对材料的等效泊松比的影响较小,材料的等效泊松比主要受夹杂体分比的影响,与其呈反比关系。  相似文献   

2.
考虑夹杂相互作用的复合陶瓷夹杂界面的断裂分析   总被引:2,自引:0,他引:2  
复合材料中夹杂含量较高时,夹杂间的相互作用能显著改变材料细观应力应变场分布,基体和夹杂中的平均应力应变水平也会发生较大变化,导致复合材料强度等力学性能发生显著变化.为修正单一夹杂模型运用在实际材料中的误差,基于相互作用直推估计法,建立一种考虑含夹杂相互作用的夹杂界面裂纹开裂模型.首先根据相互作用直推估计法,得到残余应力和外载应力共同作用下夹杂中的平均应力,再计算无限大基体中相同的夹杂达到相同应力场时的等效加载应力,将此加载应力作为含界面裂纹夹杂的等效应力边界条件,在此边界条件下求得界面裂纹尖端的应力强度因子,进而得到界面裂纹开裂的极限加载条件,并分析了夹杂弹性性能、含量、热残余应力、夹杂尺寸等因素对界面裂纹开裂条件的影响.结果表明,方法能够有效修正单夹杂模型运用在实际材料中的误差,较大的残余应力对界面裂纹开裂有重要的影响,夹杂刚度的影响并非单调且比较复杂;在残余应力较小时,降低柔性夹杂刚度或者增大刚性夹杂刚度都有利于提高材料强度;扩大夹杂尺寸将导致裂纹开裂极限应力显著降低,从而降低材料强度.  相似文献   

3.
采用波函数展开的方法研究了非完好界面条件下圆球形夹杂对弹性波的散射。以非完好界面的弹簧模型为基础,通过适当选取弹簧常数,研究了法向和切向界面参数对纵波和横波不同的散射效果。考虑了单个圆球夹杂的散射和颗粒增强复合材料中弹性波的多重散射,研究了复合材料中的有效波速和动态有效弹性常数。并针对金属基颗粒增强复合材料SiC-Al...  相似文献   

4.
水泥砂浆界面相弹性常数的反演计算   总被引:1,自引:0,他引:1  
为了计算水泥砂浆界面过渡区的弹性常数,采用广义自洽方法(GSCM),根据水泥砂浆内部的微细观结构,建立了由水泥浆基体、岩石离散夹杂(骨料)、界面过渡区(ITZ)和有效弹性材料组成的四相复合材料模型.推导了界面相的体积模量和剪切模量方程.利用已知水泥砂浆材料的实验数据,计算了界面相的弹性常数.发现界面相剪切模量约为水泥浆基体剪切模量的50%.  相似文献   

5.
类桁架夹层板的等效弹性常数研究   总被引:1,自引:1,他引:0  
从应变能等效出发,将具有周期性分布的夹层板的类桁架夹芯与各向异性连续材料等效,给出了相应的宏观等效弹性常数,进而用有限元方法计算了实际夹层板和等效夹层板的结构响应,用一个算例证明了该文方法的有效性.通过对类桁架夹芯的等效弹性常数的计算,结果表明该文方法可以得到较为准确的等效弹性常数,且较其它类型的均匀化方法大大降低了计算量.  相似文献   

6.
研究含双周期分布圆环形截面弹性夹杂的无限大介质在远场均匀反平面应力下的弹性响应。通过在双周期圆环形区域内引入非均匀本征应变,将双周期非均匀介质问题转化为带有双周期非均匀本征应变的均匀介质问题,结合双周期函数和双准周期Riemann边值问题理论,获得了该问题弹性场的级数形式解答。作为一个应用,利用该解答预测了含双周期圆环形截面夹杂复合材料的有效纵向剪切模量。数值结果表明,在相同夹杂体积分数下,含圆环形截面夹杂的复合材料比含圆形截面夹杂的复合材料拥有更高的有效纵向剪切模量。  相似文献   

7.
针对复合材料泡沫夹芯结构的缝合工艺采用代表体元法,通过建立有限元模型,对这种新型复合材料结构的剪切刚度性能进行了预测.考察了缝合对材料弹性常数的影响,给出了弹性常数的计算方法,并着重探讨了纤维弯曲、富树脂区以及缝线刚度、缝线等效直径对结构剪切刚度的影响.对比发现:结构的面内剪切刚度与缝线直径成反比,与缝线的剪切刚度成正比;面外剪切刚度与缝线直径成正比,与缝线的剪切刚度成正比.数值分析结果与试验结果比较吻合.  相似文献   

8.
田桥  徐耀玲  肖俊华 《力学季刊》2019,40(3):488-497
利用复变函数方法并结合双准周期Riemann边值问题理论,获得了含双周期分布非均匀相(夹杂/界面层)的复合材料在远场均匀反平面应力下弹性场的全场解答.该解答可用于对纳米夹杂复合材料的应力进行分析,结合平均场理论也用于预测纳米夹杂复合材料的有效性能.计算结果表明:当夹杂尺度在纳米量级时,应力和有效反平面剪切模量具有明显的尺度依赖性,并且随着夹杂尺寸的增加,趋近于不考虑界面效应时的结果;界面层厚度和性能对应力和有效反平面剪切模量明显变化时所对应的夹杂尺度范围和趋近于无界面效应结果的快慢有显著影响;当界面厚度足够薄时,界面层模型可用于模拟零厚度界面情况.  相似文献   

9.
本文研究了面板约束效应对蜂窝芯弹性性能的影响并基于六边形蜂窝芯夹层板的代表性体单元建立了考虑面板约束效应的蜂窝芯位移模式.根据真实蜂窝芯代表性单元与其等效材料的代表性单元在宏观均匀应变作用下的总弹性应变能相等,导出了蜂窝芯材料等效弹性常数的公式,进一步探讨了蜂窝几何参数对其弹性常数的影响规律.通过与现有理论结果、有限元结果和实验数据进行对比证实本文导出的弹性常数公式具有较好的预报精度.结果表明面板约束对蜂窝芯等效弹性常数有显著影响.  相似文献   

10.
论证了只要合适选择中间界面层的弹性常数, 各向异性线弹性固体在远场均匀反平面剪切应力作用下三相椭圆夹杂内椭圆上仍存在均匀应力场. 讨论了内外两椭圆除过其中心相同外无其它任何几何限制条件. 所给出的数值算例显示出该结论的正确性. 该方法为纤维增强复合材料的设计提供了一条新途径.  相似文献   

11.
多相材料微结构多目标拓扑优化设计   总被引:8,自引:3,他引:5  
孙士平  张卫红 《力学学报》2006,38(5):633-638
在采用多尺度均匀化方法求解微结构等效特性的基础上,提出了多相材料 微结构的多目标优化设计模型. 以组分材料用量为约束,采用周长控制消除棋盘格,结合有 限元方法和对偶凸规划求解技术,对两相和三相材料微结构多项等效模量的组合进行了优化 设计. 研究比较了微结构网格粗细、材料组分以及三相材料微结构优化中的两相实体材料弹 性模量相对比例不同对优化结果的影响. 数值算例验证了优化模型和优化算法的有效性,表 明了相关因素对优化结果的影响.  相似文献   

12.
复合材料周期性线弹性微结构的拓扑优化设计   总被引:20,自引:4,他引:16  
提出复合材料周期性线弹性微结构拓扑优化设计的模型,模型1设计具有极值弹性特性的复合材料,模型2设计工况最刚微结构单胞。通过该模型和均匀化技术可以获得优化的微结构单胞,进而改善或者得到最优宏观特性的复合材料。为了便于制造和应用,用胞体材料而不是多相材料来得到复合材料的极值弹性特性和最大刚度。优化结果表明,该模型与数值方法相结合可以有效地实现微结构的拓扑优化设计。  相似文献   

13.
In this paper the double-inclusion model, originally developed to determine effective linear elastic properties of composite materials, is reformulated and extended to predict the effective nonlinear elastic–plastic response of two-phase particulate composites reinforced with spherical particles. The resulting problem of elastic–plastic deformation of a double-inclusion embedded in an infinite reference medium subjected to an incrementally applied far-field strain is solved by the finite element method. The proposed double-inclusion model is evaluated by comparison of the model predictions to the available exact results obtained by the direct approach using representative volume elements containing many particles. It is found that the double-inclusion formulation is capable of providing accurate prediction of the effective elastic–plastic response of two-phase particulate composites at moderate particle volume fractions.  相似文献   

14.
本文基于炭黑填充橡胶复合材料具有周期性细观结构的假设,采用一种新的、改进的随机序列吸附算法建立了三维多球颗粒随机分布式代表性体积单元,并通过细观力学有限元方法对炭黑颗粒填充橡胶复合材料的力学行为进行了模拟仿真。研究结果表明:采用改进的随机序列吸附算法所建立的模型更加便于有限元离散化;模拟中周期性边界条件的约束,使其更加符合实际约束的真实情况;炭黑填充橡胶复合材料的有效模量明显高于未填充橡胶材料,并随着炭黑颗粒所占体积分数的增加而增大;通过比较发现,本文提出的多球颗粒随机分布式三维数值模型对复合材料的应力-应变行为和有效弹性模量的预测结果与实验结果吻合良好,证实了该模型能够用于炭黑颗粒增强橡胶基复合材料有效性能的模拟分析。  相似文献   

15.
Summary  The main goal of the paper is to present theoretical aspects and the finite element method (FEM) implementation of the sensitivity analysis in homogenization of composite materials with linear elastic components, using effective modules approach. The deterministic sensitivity analysis of effective material properties is presented in a general form for an n-components periodic composite, and is illustrated by the examples of 1D as well as of 2D heterogeneous structures. The results of the sensitivity analysis presented in the paper confirm the usefulness of the homogenization method in computational analysis of composite materials the method may be applied to computational optimization of engineering composites, to the shape-sensitivity studies and, after some probabilistic extensions, to stochastic sensitivity analysis of random composites. Received 10 November 2000; accepted for publication 24 April 2001  相似文献   

16.
单向纤维复合材料粘弹性性能预测   总被引:2,自引:0,他引:2  
建立了基于均匀化理论的单向纤维复合材料粘弹性性能预测方法。对单向纤维增强复合材料粘弹性问题的控制方程进行Laplace变换,在像空间中利用均匀化理论建立宏观松弛模量的Laplace变换与微结构描述参数以及变换参数间的关系。用Prony级数模拟松弛模量随变换参数的变化形式,并根据像空间中一系列变换参数对应的松弛模量的数值,采用函数拟合技术确定Prony级数的形式,从而确定用显示形式表示的松弛模量的Laplace变换随变换参数的变化规律。对显式表达式的逆变换获得时间域内的松弛模量。该方法利用拟合函数的逆变换避开了复杂的数值Laplace逆变换,使单向纤维增强复合材料的粘弹性性能的确定变得容易。文中给出了单向纤维复合材料松弛模量的数值预测结果并同有限元法模拟试验的结果对比,验证了预测结果的准确性以及本文方法的有效性。  相似文献   

17.
Based on our 2D BEM software THBEM2 which can be applied to the simulation of an elastic body with randomly distributed identical circular holes, a scheme of BEM for the simulation of elastic bodies with randomly distributed circular inclusions is proposed. The numerical examples given show that the boundary element method is more accurate and more effective than the finite element method for such a problem. The scheme presented can also be successfully used to estimate the effective elastic properties of composite materials. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19772025).  相似文献   

18.
The paper describes use of self-consistent finite element method (SCFEM) for predicting effective properties of fiber composite with partially debonded interface. The effective longitudinal Young's modulus and shear modulus for unidirectional fiber reinforced composites with fiber-end cracks are calculated. Numerical results show that the effective properties are considerably influenced by the fiber-end cracks. The effects of microstructural parameters, such as fiber volume fraction, modulus ratio of the constituents and fiber aspect, on the effective properties of the composites were discussed. The project supported by the National Natural Science Foundation of China  相似文献   

19.
纤维增强复合材料弹性性能预测的域分解方法及应用   总被引:1,自引:0,他引:1  
李明  陈秀华 《应用力学学报》2012,29(3):235-241,349
提出了新的有限元建模方法,即域分解方法,用于预测纤维增强复合材料单向带T300/BSL914C(环氧树脂)和AS4/3501-6(环氧树脂)的弹性性能。域分解方法基于区域叠合技术,分别建立单胞的整体域与纤维域模型用于代替传统有限元建模方法中单胞的基体域与纤维域模型。整体域是真实基体体积与纤维体积的叠加,两区域网格独立划分,互不影响。采用MSC.Nastran中的多节点约束Explicit单元,在整体域与纤维域节点之间建立位移连接属性模拟单胞基体域与纤维域之间的位移约束关系,从而实现两区域的耦合计算。计算结果表明:域分解方法单胞模型纤维增强方向弹性模量Ez预测值与试验值误差在7%以内,其余弹性常数也都与试验值吻合较好。域分解方法不仅可以大大简化纤维增强复合材料的细观力学建模,而且可以准确地预测纤维增强复合材料的弹性性能。  相似文献   

20.
The objective of this paper is to develop a hybrid homogenization method to predict the elastic properties of a common woven glass/epoxy composite substrate for multilayer circuit board applications. Comprehensive high resolution 3D finite element (FE) models of a quarter of the repeated unit cell (RUC) for the woven glass/epoxy composite were developed based on different micromechanical schemes. . Specifically, four different micromechanics schemes were investigated: self-consistent, Mori–Tanaka, three-phase approach and composite cylinder assemblage (CCA). The element based strain concentration matrices were determined and used to obtain the homogenized woven glass/epoxy composite properties via a specially developed MATLAB code. Attention was further devoted to the predictions of the homogenized elastic moduli of the multilayer printed circuit board (PCB). The results from our simulations, based on Mori–Tanaka and CCA, are in good agreement with existing experimental results, indicating that the newly proposed homogenization scheme can be used as a design tool to predict the overall properties of woven composite materials typically used in multilayer PCB applications.  相似文献   

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