复合材料中的渐近均匀化方法

本文将非均质弹性体的渐近均匀化方法应用于复合材料的宏观与细观分析之中。该方法基于平均化的思想，将复合材料视作由周期性的细观结构所构成，其场变量依赖于宏观和细观两个尺度的坐标变量而变化。通过建立位移和应力的渐近表达式，推导出关于周期性基元的细观平衡方程和细观本构关系，并与有限元数值方法相结合，得到材料的宏观等效性能和细观应力分布。对典型算例的分析，反映出该方法的有效性及准确性。  

超导磁体等效材料参数的有限元预测

HT—7U超导托卡马克装置中纵场超导磁体是由多种材料组成的且具有周期性分布的大型复杂的重要结构，对其宏观等效材料参数的准确掌握在其结构设计阶段是十分重要的。本文着重介绍了利用小参数展开的渐近均匀化方法对其进行等效处理的过程，并采用有限元方法预测出其等效弹性模量与热膨胀系数等，这些都为纵场磁体结构的力学计算与传热分析提供了必要的参数。  

纤维加强复合材料的总体粘弹性响应

在某些纤维增强复合材料(FRC)中使用金属或高分子聚合物作为基体材料。在高温等情况下，这类材料具有明显的粘弹性特性。本文采用Riemann—Liouville形式的分数阶导数模型描述基体的粘弹性特性。通过渐近均匀化方法给出了预测FRC整体三维本构关系的解析表达式。给出了应用于基体具有Makris粘弹性关系的具体形式。以圆截面纤维正方形排列的情形为例，给出了等效模量随纤维体积比的变化曲线。结果说明，这类复合材料仍具有粘弹性特性，其整体粘弹性本构关系的弹性部分综合了纤维弹性和基体弹性的贡献，粘性部分来自基体粘性的贡献，复合材料具有和基体相同的粘性系数和分数阶。为分析微结构特征对整体特性的贡献，须求解两类局部问题。可以看出，在整体的等效模量中包含了局部变形的贡献，局部变形增加了复合材料的耦合刚度。  

Cell size effects for vibration analysis and design of sandwich beams

In this work, sandwich beams are studied to reveal the underlying size effects of the periodic core cells for the first time within the framework of free vibration analysis of such an advanced lightweight structure. The energy equivalence method is formulated as a theoretical approach that takes into account the cell size effect. It is compared with the asymptotic homogenization method and direct finite element method systematically to show their consistence and applicability. The accuracy of free vibration responses predicted by the detailed finite element model is used as the standard of comparison. It is shown that the cell size is an important parameter characterizing the cellular core rigidities that influence vibration responses. The homogenization model agrees exactly with the asymptotic solution of the analytical expression of the beam model only whenever the cell size tends to be infinitely small.  

一维周期性梁结构等效性能计算方法讨论

具有轴向周期微结构的复合梁结构，通常在宏观上简化为一维欧拉-伯努利梁。由于缺乏基于严格数学理论、同时考虑降维及均匀化的等效性能计算方法，已有研究或采用基于平截面假定的弯曲能量近似方法，或采用基于三维周期性介质等效性质的方法。本文首先介绍了基于一维周期性梁的渐近均匀化理论求解新方法，并在此基础上与上述两种方法进行比较。结果表明，基于平截面假定的近似方法忽视了这类梁结构内的三维应力状态，过高地估计了梁的等效性质。