姚战军
,
黄坚
,
杜月和
,
戴汇川
兵器材料科学与工程
doi:10.3969/j.issn.1004-244X.2010.01.030
复合材料细观损伤研究方法可以在细观的尺度上对复合材料的力学性能和损伤失效进行研究.通过细观尺度上的胞元建立损伤萌生与演化模型,根据细观损伤演化模型确定细观损伤变量.当细观损伤变量达到阀值时可预报复合材料的强度和疲劳寿命等宏观性能.细观损伤有限元分析已成为对理论模型进行修正的重要手段,可以用理论分析与有限元模拟相结合的方法研究复合材料的力学行为.为了更好的为相关研究工作提供参考,对复合材料细观损伤研究进展情况从理论研究和有限元研究两方面做了一个回顾和梳理.
关键词:
复合材料
,
细观损伤
,
综述
,
损伤模拟
,
特征体元
韩坤峰
,
李平
,
阳能军
,
王汉功
,
康兴无
材料导报
首先对复合材料单向板进行拉伸损伤实验,采用声发射监测其损伤的分布规律和发展过程,然后采用逐步线性加载的方式对三维有限元单胞模型进行应力场数值模拟,通过对应力场分布的分析获取复合材料的损伤机理,并进一步验证声发射监测的准确性.研究结果表明,通过综合运用声发射损伤监测技术与单胞模型有限元应力场数值模拟,分析复合材料拉伸损伤过程的方法是可行的.
关键词:
复合材料
,
声发射
,
有限元
,
代表性体积单元
,
拉伸损伤
刘远东
,
尹益辉
,
郭中泽
复合材料学报
考虑微观尺度和宏观尺度的关联,将微结构胞元设计和多尺度均匀化设计结合,建立了由相同尺寸和内部构型的微结构胞元组成的复合材料结构的材料/结构一体化动力学优化设计方法,给出了相应的算例。方法中引入了微观和宏观两个尺度上的独立密度变量,采用材料属性的合理近似模型对密度进行惩罚,利用有限元超单元技术建立材料与结构的联系。基于算例获得了超单元尺寸与微观、宏观材料用量对结构拓扑构型的影响规律。将算例结果与已有方法的结果比较,表明本文方法具有合理有效性,可作为对轻质结构进行动力学设计的一种新方法。
关键词:
尺度效应
,
复合材料
,
微结构胞元
,
拓扑优化
,
一体化优化
李庆
,
杨晓翔
复合材料学报
在分析炭黑填充橡胶复合材料的宏观与细观特征之间联系的基础上,提出了具有随机分布形态的代表性体积单元,推导并应用了周期性细观结构的边界约束条件,建立了三维多颗粒夹杂代表性体积单元的数值模型,对炭黑填充橡胶复合材料的宏观力学行为进行了模拟仿真.研究表明,该模型通过周期性边界条件的约束保证了宏观结构变形场和应力场的协调性;计算得到的炭黑填充橡胶复合材料的弹性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;该模型对复合材料有效弹性模量的预测结果与实验结果吻合较好,而且比Bergstrom 三维模型的预测结果更好,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.
关键词:
橡胶复合材料
,
炭黑颗粒
,
细观力学模型
,
代表体积单元
,
周期性边界条件
李涛
,
严波
,
彭雄奇
,
申杰
,
郭庆
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20141103.002
基于均匀化方法,根据长玻纤增强聚丙烯(LGFR-PP)的微观特征,建立了非连续长玻纤增强复合材料的代表性体积单元(RVE),通过有限元方法模拟预测了复合材料的宏观等效弹性力学参数,与注塑样条拉伸性能测试结果进行了比较.研究表明,通过在玻纤两侧增加聚丙烯(PP)分布,所采用的RVE较传统连续纤维的有限元模型更为合理;当玻纤成单一取向时,玻纤增强聚丙烯为一种横观各向同性材料;改变玻纤取向与拉伸方向之间的角度,拉伸方向的等效模量先微幅减小,再迅速降低,而后趋于稳定.利用均匀化方法预测非连续长玻纤增强注塑件的等效弹性力学性能具有较高的工程可行性,能进一步为玻纤增强注塑件的结构服役性能分析提供科学依据.
关键词:
均匀化方法
,
代表性体积单元
,
玻纤增强复合材料
,
等效弹性力学性能
,
横观各向同性
乌布力艾散·麦麦提图尔荪
,
葛超
,
董永香
,
宋卿
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.015
通过细观力学有限元方法对Al颗粒增强聚四氟乙烯(Al/PTFE)复合材料的宏观力学性能进行了研究,基于Al颗粒粒径分布统计规律及通过SEM对该复合材料孔洞含量的统计分析,在细观层次上建立了考虑颗粒和孔洞位置和尺寸分布的随机代表性体积单元(RVE),借助ABAQUS有限元软件,对二维平面应变和三维实体模型在单轴压缩载荷作用下的力学行为进行了数值仿真;并施加了周期性边界条件(PBC)以提高数值计算结果的准确性.此外,分析了不同颗粒含量下复合材料准静态应力-应变关系,重点对细观有限元模型与准静态压缩试验结果进行了对比分析.研究结果表明:二维和三维2种模型均能较好地模拟Al/PTFE的宏观力学性能,且二维模型较三维模型计算效率更高,并进一步证实了PBC的正确性和有效性.
关键词:
Al/PTFE
,
代表性体积单元
,
细观模型
,
周期性边界条件
,
孔洞
,
随机分布
杨雷
,
刘新
,
高东岳
,
王阳
,
武湛君
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20150729.001
建立了考虑纤维随机分布并包含界面的复合材料微观力学数值模型,模拟玻璃纤维/环氧复合材料固化过程中的热残余应力.通过与纤维周期性分布模型的计算结果进行对比,发现纤维分布形式会对复合材料的热残余应力产生重要影响,纤维随机分布情况下的最大热残余应力明显大于纤维周期性分布的情况下.研究了含热残余应力的复合材料在横向拉伸与压缩载荷下的损伤和破坏过程,结果表明:热残余应力的存在显著影响了复合材料的损伤起始位置和扩展路径,削弱了复合材料的横向拉伸和压缩强度.在横向拉伸载荷下,考虑热残余应力后,复合材料的强度有所下降,断裂应变显著降低;在横向压缩载荷下,考虑热残余应力后,复合材料的强度略有下降,但失效应变基本保持不变.由于热残余应力的影响,复合材料的横向拉伸和压缩强度分别下降了10.5％和5.2％.
关键词:
纤维增强复合材料
,
热残余应力
,
代表性体积单元
,
纤维随机分布
,
横向力学性能
,
数值模拟
吴志凯
,
江五贵
,
郑隆
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160322.004
基于均匀化理论与有限元方法,针对双向连续纤维增强复合材料(CBFRC),建立了微观代表体积单元(RVE)模型,并预测了界面对CBFRC宏观等效力学性能的影响。在建立的RVE模型中,采用表面内聚力本构关系描述纤维/基体之间的界面。研究结果表明：不同界面刚度下,CBFRC中的基体发生不同形式的初始损伤。与界面断裂能相比,界面刚度和界面强度对CBFRC面外抗拉强度的影响较大,而对CBFRC面内抗拉强度的影响较小,且界面的存在会降低CBFRC整体的抗拉强度。随着纤维体积分数的增加,CBFRC面内的抗拉强度也随之急剧增加,但CBFRC的面外抗拉强度反而有减小的趋势。本文中所提出的方法能够简单有效地对实际复杂的三维纤维增强复合材料进行优化设计。
关键词:
双向纤维增强复合材料
,
代表体积单元
,
均匀化有限元方法
,
界面
,
内聚力本构
李祖湛
,
郝志明
,
贾彬
,
李潘
玻璃钢/复合材料
根据单向玄武岩纤维复合材料中纤维排列方式,考虑几何对称性,并引入应变协调假设,提出了一种矩形代表性单元.根据代表性单元内纤维和基体的分布推导出单向玄武岩纤维复合材料的横向弹性模量.与实验、其他理论的结果比较表明,该代表性单元方法可以较好地预测单向玄武岩纤维复合材料的横向弹性模量.
关键词:
玄武岩纤维
,
复合材料
,
代表性单元
,
横向弹性模量
叶诚辉
,
魏啸
,
陆皓
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2016.08.030
运用ABAQUS有限元分析软件对基于位错密度的晶体塑性有限元方法(CPFEM)及其晶体塑性参数进行了深入的研究.结果表明,CPFEM晶体塑性本构可以准确地体现材料的力学性能.通过讨论不同晶体塑性参数,得到各个参数可以分别控制材料的屈服强度、硬化过程、剪切应变速率、极限强度等性能.此外,为了标定材料的晶体塑性参数引入多晶的代表体积单元(RVE)模型,并讨论了晶粒数以及晶粒规整度对于RVE模型的影响.结果表明,RVE模型的晶粒数达到临界值750个时能够体现等轴晶的宏观各向同性.结合晶体塑性RVE模拟和拉伸试验结果,对Inconel 718合金的晶体塑性参数进行标定,晶体塑性有限元的模拟结果和实验结果的误差小于5％.证明经过标定的晶体塑性参数可以准确反映Inconel 718的力学性能,也使得进一步研究该合金介观晶粒尺度的力学性能成为可能.
关键词:
晶体塑性
,
有限单元法
,
代表体积单元
,
Inconel 718高温合金
