谢桂兰
,
张平
,
龚曙光
,
曹尉南
,
安小军
高分子材料科学与工程
原位聚合法制备的尼龙6/纳米SiO2复合材料具有很好的综合力学性能.加入相当低的纳米颗粒体积分数,可使纳米复合材料性能明显提高,但在其体积分数超过某一较小的临界值后,继续增加纳米颗粒体积分数,不再有增强效果.这一实验发现与以往的细观力学预测不一致,一直没有合理的解释.本文从材料的微观结构特点出发,揭示了上述现象的微观物理机制,将结晶聚合物纳米复合材料内部结构分别用宏观、细观和纳观三个层次来描述.利用数学上的渐近均匀化理论,结合有限元方法,经四次纳观层次的均匀化和一次细观层次的均匀化,预测了聚合物纳米复合材料的有效性能,揭示了聚合物纳米复合材料有效模量随纳米颗粒体积分数增加出现先增大后减小的变化规律.
关键词:
纳米复合材料
,
结晶聚合物
,
渐近均匀化方法
,
有限元分析
,
多层次结构
,
有效性能
谢桂兰
,
赵锦枭
,
田杰
,
吴涛
玻璃钢/复合材料
首先由等效能量原理提出复合材料有效弹性模量定义,再由小参数渐进展开均匀化理论,推导出复合材料层合板等效弹性张量.同时结合有限元方法,建立复合材料层合板的多尺度模型,预测碳纳米管以及纳米薄膜增强复合材料层合板的宏观有效弹性模量.由均匀化方法来求得弹性模量的宏观平均值,将其输入商业软件ANSYS系统进行计算,由此把宏、细观两个尺度耦合起来,可以对复合材料层合板进行等效弹性性能分析.这对新材料的研究、发展具有一定的指导作用.
关键词:
复合材料层合板
,
均匀化
,
有限元
,
碳纳米管
,
纳米薄层
谢桂兰
,
吴涛
,
赵锦枭
,
曹尉南
材料科学与工程学报
本文采用均匀化理论,结合有限元方法,预测了碳纤维表面原位生长碳纳米管增强复合材料风机叶片的等效性能.根据实验分析,将碳纳米管/碳纤维增强复合材料风机叶片内部结构分别用宏观、细观和纳观三个层次来描述.利用APDL编写的均匀化计算程序,分析了碳纳米管的长度、直径以及弹性模量对复合材料等效性能的影响.计算结果表明,随着碳纳米管长度的增加,复合材料的等效性能增加;当长度一定时,增加碳纳米管的直径和弹性模量,也能提高复合材料的性能.本文结果对复合材料风机叶片的制备有一定的指导作用.
关键词:
复合材料风机叶片
,
等效性能
,
碳纳米管
,
碳纤维
,
均匀化方法
谢桂兰
,
张平
,
龚曙光
,
曹尉南
,
安小军
高分子材料科学与工程
根据结晶聚合物基纳米复合材料实验分析,将结晶聚合物基纳米复合材料内部结构分别用宏观、细观和纳观三个层次来描述.利用数学上的渐近均匀化理论,结合有限元方法,经二次纳观层次的均匀化和一次细观层次的均匀化,预测了聚合物基纳米复合材料的有效性能.并用FORTRAN语言编写了计算程序.具体分析了聚合物的结晶度、聚合物结晶相的弹性模量、纳米颗粒的弹性模量和纳米颗粒的体积分数等参数对结晶聚合物基纳米复合材料有效性能的影响,得到了一些有意义的结论,对指导结晶聚合物基纳米复合材料的制备有一定的指导作用.
关键词:
纳米复合材料
,
结晶聚合物
,
渐近均匀化方法
,
有限元分析
,
多层次结构
,
有效性能
刘叶花
,
谢桂兰
,
曹尉南
,
汤亚男
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2011.11.007
将均匀化理论与有限元方法相结合,建立了预测铝蜂窝宏观等效特征参数的细观力学模型,研究铝蜂窝胞元结构参数对其宏观等效表征性能的影响,并采用MATLAB语言编程,计算了不同高长比、不同厚长比及不同胞璧夹角的不规则正交各向异性蜂窝铝芯的等效弹性参数,得到了胞元结构参数对铝蜂窝宏观力学性能的影响规律,所得结果对蜂窝铝芯的结构设计及其在风力机叶片的工程应用中具有一定的指导意义.
关键词:
均匀化
,
蜂窝铝芯
,
结构参数
,
等效性能
谢桂兰
,
郭锦
,
曹尉南
,
田杰
玻璃钢/复合材料
将均匀化理论与有限元法相结合,应用于真空树脂转换成型风机叶片碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料的性能预测.根据实验分析,将碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料内部结构分别用宏观、细观和纳观三个层次来描述,建立了碳纳米管增强风机叶片复合材料的多尺度模型,编写了MATLAB程序,并运用二次均匀化预测了材料参数(体积份数、长径比、弹性模量等)对碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料性能的影响.当分别增大碳纳米管弹性模量、长径比和体积份数时,碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料的性能均能得到提高.本文结果对风机叶片复合材料的制备有一定的指导作用.
关键词:
风机叶片
,
碳纳米管复合材料
,
等效性能
,
均匀化
,
有限元
谢桂兰
,
肖春芽
,
贺礼财
玻璃钢/复合材料
为实现大型风机叶片的轻量化,对纤维增强风机叶片复合材料进行三维拓扑优化设计.首先,基于均匀化理论,将碳纤维增强风机叶片复合材料等效为等效均质体,预测其宏观等效力学性能;然后,以单元相对密度为设计变量、实体材料总体积分数为约束条件、等效宏观弹性矩阵主对角线分量或分量的加权组合为目标函数建立优化模型.采用固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)建立设计变量和宏观弹性模量之间的关系,采用灵敏度过滤技术和优化准则法控制材料的分布.在MATLAB平台上编写了相应程序,对大型风机叶片复合材料进行三维拓扑优化,计算得出不同优化目标下的三维最优结构.数值结果表明了该优化模型的正确性和有效性,为实现风机叶片结构轻质高强设计提供了一种参考.
关键词:
风机叶片
,
轻量化
,
复合材料
,
均匀化
,
拓扑优化
谢桂兰
,
赵锦枭
,
曹尉南
材料导报
运用均匀化理论与有限元相结合的方法,预测了风机叶片复合材料层合板的性能.将复合材料层合板内部结构分为宏观、细观和纳观3个层次,建立了复合材料层合板的多尺度模型.通过3次均匀化方法,并编写AP-DL程序输入商业软件ANSYS,预测材料各参数(碳纳米管体积分数、长径比、弹性模量,纳米薄层体积分数、弹性模量)对复合材料层合板性能的影响.结果表明,当分别增大碳纳米管体积分数、长径比、弹性模量以及纳米薄层体积分数、弹性模量时,风机叶片复合材料层合板的性能均能得到提高.同时表明加入一定量的碳纳米管可以适当提高复合材料层合板的性能.实验结果对风机叶片复合材料的制备有一定的指导作用.
关键词:
风机叶片
,
复合材料层合板
,
性能预测
,
碳纳米管
,
纳米薄层
,
均匀化理论
,
有限元
谢桂兰
,
贺礼财
,
肖春芽
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2014.24.033
以蜂窝铝芯几何结构参数对其面内等效性能影响为研究对象,将正交试验和均匀化理论与有限元相结合来获得数据样本,建立了蜂窝铝芯几何结构参数与其等效弹性性能参数之间复杂非线性映射关系的网络模型,并利用贝叶斯正则化算法,实现了BP神经网络对蜂窝铝芯力学性能的预测.在较少样本数据的情况,可以较高精度地预测胞元结构参数对蜂窝铝芯等效性能的影响规律.提取该BP模型中各层的权值,运用Garson算法得到各结构参数对蜂窝铝芯等效力学性能影响程度的灵敏度系数,结果表明灵敏度分析可评估结构参数对等效力学性能的影响,可为蜂窝铝芯设计提供参考.
关键词:
蜂窝铝芯
,
性能预测
,
灵敏度分析
,
均匀化
,
BP神经网络
