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相似文献
 共查询到19条相似文献,搜索用时 140 毫秒
1.
建立非均匀材料宏观力学性能与微结构参数之间的定量关系一直是人们所关心的问题,利用材料微结构参数和组分性能预报复合材料宏观力学性能,已经取得了很大的进展,然而已知复合材料宏观性能,如何开展组分性能的随机识别,目前的研究工作还不多见.论文考虑了复合材料的随机性,在已知复合材料宏观有效性能的随机性条件下,采用克里金随机分析方法,对复合材料组分性能的随机性进行识别,通过单向纤维复合材料的宏观有效性能的随机性,计算得到了纤维弹性模量的均值与方差,证明了该方法的有效性.  相似文献   

2.
非匀质材料板的微结构优化设计   总被引:3,自引:0,他引:3  
探讨具有微结构构造的非匀质材料构件在微结构层次上的优化设计,即寻求满足构件宏观性能要求的最佳微结构材料与构造参数。文中采用细观元法确定非匀质材料构件宏观性能与材料微结构参数间定量关系,建立起微结构优化设计数学模型,具体分析了复合材料板件满足强度、刚度要求的最佳微结构参数。有关方法可适用于复合材料、功能梯度材料、智能材料等新材料构件。  相似文献   

3.
材料的各种宏观性能与其内部的微观结构密切相关,如何通过控制材料微结构的分布来提高其性能指标一直是工程界与学术界广泛关注的课题。由于场变量在界面的突变,传统的基于局部理论的突变界面模型在描述材料微结构演化方面存在一定的困难。基于非局部理论的相场法采用扩散界面的概念来描述界面,避开了理论上描述突变界面的困难,在模拟材料内部任意的组织形态和复杂的微结构演化方面具有独特的优点。本文首先介绍相场法的热力学理论基础,包括自由移动边界问题、扩散界面模型、非局部能量泛函、相场动力学方程及其常用求解方法。然后重点介绍铁电、铁磁和多铁性材料微结构演化的相场模拟,同时简要介绍相场法在软物质和锂离子电池材料微结构演化模拟中的应用,最后给出总结和展望。  相似文献   

4.
双周期圆截面纤维复合材料平面问题的解析法   总被引:4,自引:0,他引:4  
徐耀玲  蒋持平 《力学学报》2004,36(5):596-603
结合双准周期Riemann边值问题理论与Eshelby等效夹杂原理,为双周期圆截面纤维复合材 料平面问题发展了一个实用有效的解析方法,获得了问题的全场级数解并与有限元结果进行 了比较. 该方法为非均匀材料的力学性质分析和复合材料等新材料的微结构设计提供了 一个有效的计算工具,也可用来评估有限元等数值与近似方法的精度.  相似文献   

5.
随着纤维增强复合材料应用领域的不断扩展且用量激增,亟需理清复合材料微观结构损伤对宏观力学性能影响的内在机制。因此,发展针对纤维增强复合材料微结构破坏过程的建模与高效模拟方法就显得十分重要。本文借助显微CT(Micro-computed Tomography)扫描技术,提出了一种基于显微CT图像中像素点离散的近场动力学建模与模拟方法。一方面,近场动力学作为一种由积分方程建模的非局部理论,便于采用基于空间点离散的数值计算方法,相比传统的连续介质力学能够更有效地模拟材料从连续变形到裂纹萌生与扩展(非连续变形)的全过程。另一方面,对显微CT图像使用像素点灰度阈值分割处理技术,能够快速建立含有复合材料原位微结构信息的空间点离散模型。该离散模型可以直接用于微结构破坏过程的近场动力学模拟,从而避免了传统的数值模拟技术需要依据像素点先建立光滑的几何模型、再划分成有限单元网格的复杂前处理过程,并且极大地保留了复合材料的原位组分分布信息。数值模拟结果表明,基于显微CT图像的近场动力学建模方法能够精确捕捉到复合材料微结构信息,并能准确模拟纤维增强复合材料的微结构破坏过程。  相似文献   

6.
基于细观力学方法的混凝土热膨胀系数预测   总被引:2,自引:0,他引:2  
建立混凝土材料的有效性质与微结构参数之间的关系,是混凝土材料优化设计的基础。本文用细观力学方法对复合材料宏观有效热膨胀系数进行研究,得到了含有一球形夹杂物的无限大介质在均匀变温作用下的应力场。假定混凝土为由骨料和砂浆基质组成的二相复合材料,根据混凝土宏观体积热膨胀量与组成混凝土的各相介质细观体积热膨胀量相等的原则,采用基于Mori-Tanaka方法的混凝土宏观有效剪切模量,推导出混凝土有效热膨胀系数的解答。对稀疏解法、自洽方法和有限单元数值试验结果的比较说明,本文提出的基于自洽方法的混凝土宏观有效热膨胀系数的理论公式能够较好的描述混凝土的热学特性,该方法可以推广到多相复合材料宏观有效热膨胀系数的预测中。  相似文献   

7.
姜恒  黄国良 《力学学报》2022,54(10):2676-2677
超材料是一类由人工微结构单元构筑的复合材料, 具有天然材料所不具备的超常物理性质, 经过多年发展, 超材料已经从电磁领域逐渐拓展到声学、力学、热学、材料学等诸多学科领域, 国内外学者在概念与内涵、理论与设计、制备与应用等各方面都开展了深入探究与应用研究, 产生了深远影响. 相较于传统均质材料的半经验式研究, 超材料从微结构基元精确设计出发, 是未来先进功能材料的创新研究新范式. 弹性波与力学超材料是整个超材料家族的重要组成部分, 近年来受到国内外学者的广泛关注, 已经在结构设计、数学模型建立以及应用等方面取得了丰硕的研究成果.   相似文献   

8.
基于细观力学复合球模型研究了含非均匀界面相粒子填充复合材料的有效热弹性性质,重点讨论了界面相性质的径向分布对有效比热的影响. 首先,将非均匀界面相沿径向离散为多个同心球壳,每个球壳内的材料性质假设是均匀的. 基于上述离散模型,利用含界面相的复合球模型,推导了复合材料的有效体积模量、有效热膨胀系数及有效比热的数值求解表达式;进一步,假设界面相的性质沿径向连续变化,建立了一组微分方程,上述有效性质依赖于该微分方程组的解. 特别地,当界面相杨氏模量为幂次分布时,通过求解该微分方程组得到了有效比热等热弹性性质的解析解. 算例结果表明,应用此方法预测的有效热膨胀系数与实验结果吻合良好;界面相热膨胀系数的径向分布对有效比热和有效热膨胀系数均有显著的影响,而界面相弹性模量的径向分布对有效比热有显著的影响,对有效热膨胀系数的影响相对较小.   相似文献   

9.
复合材料细观力学的现状和展望   总被引:1,自引:0,他引:1  
嵇醒 《力学季刊》1989,10(3):47-57
复合材料性能优异、应用广泛、种类繁多、还会有新的发展。复合材料的定义尚未统一,这里指纤维增强塑料(FRP)。 从宏观看,复合材料是各向异性的层合材料。从细观看,复合材料是纤维和基体组成的多相非均质材料。一般认为纤维起主要的承力作用,而基体起保护纤维和传力作用,然而情况并非如此简单。 多数复合材料结构的工程问题,用复合材料宏观力学就能得到基本解决。在对复合  相似文献   

10.
基于短纤维增强金属基复合材料的单纤维轴对称和三维细观力学模型,利用弹塑性有限元分析方法对该复合材料中基体与纤维间的应力传递进行研究,研究中主要讨论了基体、纤维和界面的力学性能以及纤维位向的变化对应力传递和应力分布的影响。研究表明,复合材料微结构参数的变化将显著影响基体与纤维间的应力传递和复合材料中的应力分布,复合材料设计过程中必须考虑合理的微结构特征。  相似文献   

11.
The concept of Maxwell's equivalent inhomogeneity is re-evaluated in the context of the effective elastic properties of unidirectional multi-phase composite materials with the fibers of circular cross-section. The following key questions are addressed in this paper. Is the concept of equivalent inhomogeneity valid only for the materials with low volume fractions, as originally suggested by Maxwell? When do the interactions among the fibers matter? Could Maxwell's concept be generalized to allow for accurate estimates of the effective properties? The approach advocated in the paper provides an unique opportunity to study, in the framework of one model, the effects of the interactions among fibers on the effective transversely isotropic elastic properties of multi-phase composite materials.  相似文献   

12.
一种计算复合材料等效弹性性能的有限元方法   总被引:3,自引:0,他引:3  
在最小二乘意义下提出了一种计算复合材料等效弹性性能的有限元方法.这种方法由于考虑了等效弹性张量各分量之间的耦合关系,所求得的等效弹性常数比传统方法更可靠,可适用于求解含任意形状的夹杂和夹杂物问题.通过算例计算了在不同弹性模量对比度下两相复合材料的等效弹性性能,并与相关的理论及数值结果进行了比较,结果表明,利用该方法计算含夹杂复合材料等效弹性常数是可行的.  相似文献   

13.
局部作用原理在发展经典连续介质力学的本构关系中起着重要的作用,由此导出的简单物质理论得到了广泛的应用.然而,随着科技的发展,各种具有微结构的新材料不断涌现,理论和实验表明,非局部理论可以更好地刻画这些材料的宏观力学行为.本文简要介绍了一些传统的非局部弹性理论,包括Eringen 理论、Kunin 理论、Mindlin 理论;阐述了针对复合材料发展的,具有时间-空间非局部特征的Willis 方程、最新的时间-空间耦合非局部弹性动力学理论以及近场动力学理论.时间-空间非局部理论反映了复合材料宏观性能固有的非局部特征,而具有空间非局部特征的近场动力学理论便于处理具有不连续性的问题.最后,本文讨论了非局部理论的发展中值得关注的一些问题.  相似文献   

14.
This paper presents a variational method for estimating the effective constitutive response of composite materials with nonlinear constitutive behavior. The method is based on a stationary variational principle for the macroscopic potential in terms of the corresponding potential of a linear comparison composite (LCC) whose properties are the trial fields in the variational principle. When used in combination with estimates for the LCC that are exact to second order in the heterogeneity contrast, the resulting estimates for the nonlinear composite are also guaranteed to be exact to second-order in the contrast. In addition, the new method allows full optimization with respect to the properties of the LCC, leading to estimates that are fully stationary and exhibit no duality gaps. As a result, the effective response and field statistics of the nonlinear composite can be estimated directly from the appropriately optimized linear comparison composite. By way of illustration, the method is applied to a porous, isotropic, power-law material, and the results are found to compare favorably with earlier bounds and estimates. However, the basic ideas of the method are expected to work for broad classes of composites materials, whose effective response can be given appropriate variational representations, including more general elasto-plastic and soft hyperelastic composites and polycrystals.  相似文献   

15.
复合材料周期性线弹性微结构的拓扑优化设计   总被引:16,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   

16.
水泥是一类重要的工程结构材料,其力学性能依赖于水泥的水化过程.综述了水泥水化的微结构和性能演化的研究进展;评述了研究水泥水化过程的实验方法和理论方法;详细介绍和评述了水泥水化的微结构仿真模型、力学分析模型以及建立微结构.性能关系的基本方法.分析和展望了未来水泥水化的主要问题和研究方向.  相似文献   

17.
Optimal shape design of microstructured materials has recently attracted a great deal of attention in materials science. The shape and the topology of the microstructure have a significant impact on the macroscopic properties. This paper presents different computational models of random microstructures, to virtually improve the physical properties of ice cream. Several sensory properties of this heterogeneous material issued from food industry are directly controlled by the elastic and thermal conducting ones. The material effective elastic and thermal conducting properties are obtained through direct large scale numerical simulations. The different formulations address the problem of finding the shape of the representative microstructural element for random heterogeneous media that increase the elastic moduli and thermal conductivity compared to existing products. The computational models are established using finite element method and images of virtual microstructures. In this paper we propose a new model of microstructures. This model is constructed with hexagonal prismatic rods and plates with volume fractions around 0.7 for the hard phase represented by hexagons of ice. A comparison between three two-phase elastic heterogeneous microstructures models is drawn. This illustrates the concept of design of microstructures using computational homogenization tools.  相似文献   

18.
Accurate numerical homogenization necessitates the thorough determination of the Representative Volume Element (RVE). There exists several seminal works on the notion of the RVE in homogenization, its definitions and methods of determination for efficient computation of composite effective properties. The objective of the current work is to assess the ability of numerical RVE determination methods to deliver accurate effective properties of composite materials. This paper demonstrates that common and well-established RVE determination methods, based on studying the convergence rate of the effective properties with respect to the volume element size, are invalid for the case of composites reinforced by randomly oriented fibers and yield erroneous estimates of their effective properties. Following the failure of traditional RVE determination methods, we proposed a new RVE determination criterion that is not based on the average property stability, but its statistical variations. Our new proposed criterion has been shown to be more accurate than other criteria in computing the effective properties of composites for aspect ratios up to 60. Moreover, the proposed criterion does not necessitate a convergence study over the volume element size, hence reducing considerably the RVE determination cost. Finally, our work questions the validity of many published works dealing with composites including heterogeneities of high aspect ratios.  相似文献   

19.
The effective elastic behavior of a transversely isotropic composite made from two incompressible elastic materials is examined. The set of all effective elasticity tensors for transversely isotropic finite rank laminar microstructures is described. The extremal property of this class of microstructures is used to derive a new more precise characterization of the set of effective shear moduli.The perturbation series for the effective elasticity tensor is considered. An explicit formula for the second order perturbation tensor is derived. We describe precisely the set of tensors that correspond to all second order perturbations consistent with transverse isotropy. We apply analytic methods [cf. 27] to show that all second order perturbation tensors are realized by finite rank laminar microstructures.Supported by NSF through Grant DMS-3907658.  相似文献   

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