復合材料性能數值仿真及自洽方法的應用研究.pdf

1、復合材料作為未來材料的發(fā)展趨勢，以其優(yōu)越的可設計性和性能得到了快速的發(fā)展。復合材料宏觀有效性質與其微觀結構密切相關，但是理論分析很難全面的考慮復合材料的微觀結構，精確度有限。本文以兩相連續(xù)復合材料為研究對象，考慮組份材料的大小、形狀和隨機分布等微觀結構特性，利用數理統計的思想，基于有限元軟件ANSYS對兩相連續(xù)復合材料的宏觀有效楊氏模量進行預測；基于自洽理論方法提出一種新的數值模型用于宏觀有效性質的預測。
　　本研究主要內容包括：

2、⑴分別建立三維兩相連續(xù)復合材料和平面應力狀態(tài)下的二維兩相連續(xù)復合材料的微觀結構模型，亦可稱為全尺寸模型，模擬各個組份材料的隨機分布，通過有限元分析，確定兩相連續(xù)復合材料在不同體積分數下的體積代表單元(RVE)，預測其有效楊氏模量Ee。研究組份材料楊氏模量比、體積分數、大小和形狀對有效性質的影響。仿真分析表明：組分材料楊氏模量比越大，其RVE越大，組份材料的形狀和大小對兩相連續(xù)復合材料的有效楊氏模量的影響較小。⑵基于Budiansky的自

3、洽理論核心思想分別建立二維和三維兩相連續(xù)復合材料的自洽數值計算模型，將復合材料的全尺寸模型嵌入到有效彈性性能待定的等效均質介質中，利用迭代方法計算復合材料的有效性質。仿真結果表明：全尺寸數值模型和數值自洽模型預測的有效楊氏模量值在誤差范圍之內；自洽數值模型單次迭代計算所需的硬件資源和時間遠小于全尺寸數值模型，迭代計算收斂的總時間增加；可見自洽數值模型以犧牲計算時間為代價來減少對計算資源的要求。⑶建立了多晶體金屬銅三維全尺寸數值模型和自洽