材料细观结构与构件宏观响应间直接关联分析

本文探讨一种用于材料细观结构与构件宏观响应之间的直接关联分析方法。该方法应用宏现计算,给出细观力学量,并可反映材料细观结构特征,适用于具有细观结构材料制成构件的力学分析。     

空隙分布对功能梯度板件宏观响应的影响

提出了一种新的功能梯度结构分析的细观元法. 细观元法对结构的常 规有限单元内部设置密集细观单元以反映材料细观构造,又通过协调条件将各细观元结点自 由度转换为同一常规有限元自由度. 此方法实现了材料细观结构到构件宏观响 应的直接过渡分析. 用细观元法来分析细观构造上空隙存在对宏观响应影响,给出了含 有不同分布与形状、位置空隙的功能梯度板件的力学量三维分布形态,实现功能梯度材料结 构宏、细观间跨尺度分析.     

基于金相图片识别功能梯度材料参数的梯度分布函数

功能梯度材料具有复杂的细观结构.其内部构造远比匀质材料复杂.以目前的实验条件,测量功能梯度材料参数分布函数一般是十分困难的.该文提出一种细观元方法,直接利用功能梯度材料金相图片信息,来进行功能梯度构件宏观响应的跨尺度力学分析.另在功能梯度材料结构静、动力正演分析基础上,根据正演所求得的挠度或固有频率值,采用混和罚函数法来反演识别功能梯度材料参数的宏观梯度分布函数.     

复合材料的宏观性能与参数设计

本文综述了预测复合材料宏观性能──有效刚度的几类方法：自洽模型、单胞模型以及它们的结合──自洽有限元法．阐述了复合材料发生弹塑性变形时的有关力学问题．基于细观力学的定量分析结果，探讨了面向材料宏观刚度的细观结构参数设计的基本原则，以期对建立复合材料细观结构设计的力学和数学模型有所启发．     

中等组分网状结构局部微变对功能梯度板三维动力特性的影响

利用细观元方法根据材料实际金相图片信息进行材料参数输入,对发生局部网格变化的功能梯度板件进行三维动力特性分析,完成了材料细观结构与构件宏观响应间的跨尺度分析.细观元法在结构的常规有限元内部设置密集的细观单元来反映材料细观构造,此方法可实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过渡分析,为具有细观结构微观变化的功能梯度板件的分析提供一种新的工具.利用细观元法对具有中等组分网状结构发生局部微变的功能梯度板进行三维动力特性分析,给出其固有频率及振型的三维分布,特别是功能梯度板应力振型的平面等值线图差异,得到较好的结果.     

多孔材料塑性极限载荷及其破坏模式分析

运用塑性力学中的机动极限分析理论，研究韧性基体多孔材料的塑性极限承载能力和破坏模式。以多孔材料的细观结构为研究对象，将细观力学中的均匀化理论引入到塑性极限分析中，并结合有限元技术，建立细观结构极限载荷的一般计算格式，并提出相应的求解算法。数值算例表明：细观孔洞对材料的宏观强度影响明显；在单向拉伸作用下，孔洞呈现膨胀扩大规律；多孔材料破坏源于基体塑性区的贯通。     

反映材料微观结构效应的宏观动力特性分析

探讨了实现复合材料细观结构与构件宏观动力特性直接关联的细观元法。细观元法先进行宏观单元剖分，然后分析细观结构，将微结构力学量转化为宏观结点量计算。该方法不增加自由度，但使得微结构层次上任意铺设方式和任意微小变化均能在宏观动力特性上得到反映。     

复合材料应力分析的均匀化方法

建立了基于均匀化理论的确定复合材料结构应力场的方法．其实质是用均质的宏观结构和非均质的具有周期性分布的细观结构描述原结构；将力学量表示成关于宏观坐标和细观坐标的函数，并用细观和宏观两种尺度之比为小参数展开，用摄动技术将原问题化为一细观均匀化问题和一宏观均匀化问题．这两个问题的解确定了包含等效位移和一阶近似位移的位移场，由此获得应力场．利用该方法给出了圆柱形孔隙材料和单向纤维复合材料在单向拉伸时的应力场以及空隙材料简支梁的局部应力场，说明了该方法的有效性     

断裂损伤与细观力学

本文从力学发展的角度,对断裂力学、损伤力学与细观力学的主要内容及其发展,作了简要的介绍和评述.指出:固体力学与其它学科的交缘汇合,并深入到细观结构的层次进行研究,这一研究发展的势头已是很明显的了.细观力学、损伤力学与断裂力学构成了从细观尺度直至宏观尺度以描述材料与结构的破坏过程的破环理论的主要内容.它使得作为固体材料的力学的基本内容之一的破坏理论,面临一个新的发展阶段.     

准脆性材料断裂过程区中的圆饼微裂纹损伤计算

准脆性工程材料及结构在外力作用下,不仅引起内部缺陷变化和微裂纹的出现及发展,且使得其结构承载能力降低或性能劣化．在其材料失效过程中常存在裂缝与断裂损伤过程区．为研究材料细观缺陷或微裂纹与宏观破坏的规律,通过细观力学方法,对于代表性体积单元RVE中的圆饼型微裂纹的尺寸与密度变化,探讨其宏观断裂过程区力学参量与损伤之间的量化关系．借助宏观断裂过程区的黏聚裂纹模型,将损伤单元RVE嵌入到宏观裂缝端部的断裂过程区中,对其进行联接细观损伤到宏观破坏的力学多尺度研究．文中也通过实验数据,对其理论计算结果进行了算例的讨论与分析．     

混凝土静态力学性能的细观力学方法述评

混凝土力学特性是大坝、海洋平台等工程结构抗震设计及仿真分析的前提条件之一,也是目前研究的薄弱环节. 混凝土是一种典型的非均质材料,其宏观力学特性由细观组成来决定.本文总结了目前研究混凝土宏观力学特性的细观力学分析方法,细观有限元法及理论分析法; 阐述了界面过渡区(ITZ)对混凝土性能的影响,简单介绍了混凝土界面过渡区问题的研究现状;介绍了作者提出的混凝土宏观力学性能研究的细观单元等效化分析方法.最后对其未来发展的一些方向和有待进一步研究的问题作了总结.      

确定复合材料宏观屈服准则的细观力学方法

运用细观力学中的均匀化方法，分析了含周期性微结构复合材料的宏观屈服准则，并对Hill-Tsai准则进行了修正。从基于复合材料细观结构的代表性胞元入手，运用塑性极限理论中的机动分析以及有限元方法，计算了细观结构的极限载荷域。通过宏细观尺度对应关系，得到复合材料的宏观屈服准则。     

纤维增强脆性复合材料细观力学若干进展

纤维复合材料本身具有强烈的结构特性,是一种多相体材料.其力学性能及损伤破坏规律不仅取决于各组分材料性能,同时也取决于细观结构特征,采用细观力学分析建立材料宏观力学性能与材料各组分性能以及细观结构参数之间的内在联系是材料科学发展的新趋势.本文结合作者的研究课题综述了纤维增强脆性材料(主要是纤维混凝土)细观机理的部分研究进展,并对这一学科的发展趋势进行了简要地评价与展望.      

沿板平面材料梯度变化功能材料板件分析

本文发展一种功能梯度构件分析的细观元法.细观元法在构件的常规有限元内部设置密集观细单元以反映材料特性变化,又通过协调条件将各细观元结点自由度转换为同一常规有限元自由度,再上机计算.这种细观元法既能充分反映材料功能梯度沿各方向任意变化特性;而其计算单元又和常规有限元一样,是一种针对功能梯度结构分析的有效数值方法.现有功能梯度板件分析中无论对不同形状还是不同边界的功能梯度构件,其材料特性均沿板厚度方向梯度变化,本文用细观元法进行计算与分析,给出了目前尚未得到的沿板平面方向功能梯度变化构件的力学量三维分布形态.     

混凝土材料宏观力学特性分析的细观单元等效化模型

提出了一种混凝土材料宏观力学特性分析的新方法—细观单元等效化模型。该方法从描述混凝土材料的细观尺度入手,采用Monte Carlo法生成由骨料颗粒及砂浆基质组成的混凝土试件的随机骨料模型;然后,依据混凝土材料特征单元尺度来剖分有限元网格并投影到建立的随机骨料模型上,各细观单元的有效力学特性则采用复合材料等效化方法来确定。本文方法体现了材料非线性宏观力学特性源于其内在的不均匀性这一认识,而对不均匀性的描述则是以网格剖分是否影响其宏观力学特性为准则。因此,本文方法较其他细观力学方法最大的优点在于极大地减小了体系自由度数目（特别是对于三维问题）,从而提高了计算效率。算例分析初步验证了本文方法的高效性。     

岩土力学虚拟实验仿真系统开发及其应用

数值试验是认识岩土材料细观与宏观力学行为的一种重要手段,是常规岩土力学实验的补充和延伸.本文以pfc颗粒流为平台,利用matlab和fish语言混合编程编写了岩土力学虚拟实验仿真系统,系统根据获取的岩土材料天然结构构造图像信息,可以生成含不同天然结构构造信息的岩土体试件.可以对不同规格试件实现伺服加卸载,可以监测任意点的应力应变信息,可以捕捉试件加卸载过程中的边界输入能量和摩擦能、动能及应变能的转换信息,捕捉试件的最终破坏形态和破坏过程中裂纹扩展信息及不同类型裂纹的数量演化信息.利用其可以研究岩土材料天然结构构造特征对其宏观、细观力学行为的影响.     

混凝土中心裂缝单轴拉伸损伤断裂数值模拟研究

基于对混凝土细观力学的认识,假定混凝土是由砂浆基质,骨料及它们之间的界面组成的三相复合材料,各组分的材料性质按照某个给定的Weibull分布来赋值,细观单元满足弹性损伤的本构关系,应用细观力学损伤模型研究了混凝土的宏观力学性质,并且通过有限元程序对中心裂缝混凝土试件在单向拉伸情况下的破坏过程进行了数值模拟.模拟结果表明,该模型可以用来研究单向载荷作用下混凝土结构的破坏机理.     

复杂结构材料构件细观反分析

复合材料作为一种具有复杂结构的新型材料,其玉要优点和特点在其内部结构可设计性,酝文利用细了方法将宏单元剖分和细观结构分析结合起来,不增加自由数,却能使微结构的变化在宏观力学响应上得到的直接反映,在细元方法的基础上引入分析技术,就能宏观具有复杂结构材料在细观层次上单参数反演与识别。     

铁电材料的本构关系及相关问题研究进展

铁电材料以其力电耦合性能而在传感器、智能材料与结构等诸多领域获得广泛地应用．铁电材料的本构关系也因此成为研究热点．本文对铁电材料的本构关系以及与之相关的细观力学研究方法、宏观唯象研究方法、宏细观相结合的研究方法等问题的国内外研究进展作了一简要的评述．      

基于降阶均匀化理论的混凝土双尺度力学性能分析

混凝土材料细观特性对宏观力学性能有着重要影响。为进一步分析混凝土细观特性对宏观力学行为的影响规律,将混凝土材料简化为由骨料、砂浆和界面三相组成,编制了随机凸多面体骨料生成、投放和网格剖分算法,建立可用于有限元计算的满足级配要求的随机细观模型。针对直接使用细观力学模型计算量较大的问题,采用降阶均匀化理论,对混凝土细观胞元模型进行预处理并编制了相应的双尺度计算程序。对不同强度混凝土进行了单轴静态压缩双尺度计算,与实验数据和细观力学模拟结果符合较好。研究表明,降阶均匀化理论在加快求解速度的同时具有较高的精度,可以用于混凝土的多尺度力学性能分析。