特定溫度場調控材料設計與基于變形控制的性能可調材料可調性分析.pdf

1、隨著高端裝備與高性能材料/結構的發(fā)展，利用具有特定性能的材料或結構實現(xiàn)對外場的調控已經(jīng)成為重要的設計需求。例如，實現(xiàn)特定區(qū)域電磁隱身和電磁帶隙等需要調控電磁波實現(xiàn)電磁波繞射和阻隔特定頻段電磁波傳播；實現(xiàn)特定區(qū)域的溫度不超過給定值，需要調控介質熱傳導系數(shù)、設計熱防護結構從而對該區(qū)域的溫度場進行調控。另一方面，結構根據(jù)外部作用的變化調整結構自身性能，從而調整或控制其對外部作用的響應，即實現(xiàn)自適應可調節(jié)的功能，在工業(yè)裝備領域也具有很高的應用價

2、值。例如，結構在被隱身物體尺寸發(fā)生變化時仍可實現(xiàn)隱身，即智能或自適應隱身。因此，通過材料/結構的設計實現(xiàn)特定物理場調控問題的研究，以及通過材料微結構構型變化實現(xiàn)自身性能可調材料可調性分析與其性能可調范圍研究具有重要科學價值。本文研究特定溫度場調控材料設計與基于材料微結構變形控制的可調材料性能分析。
　　首先，本文針對特定溫度場調控問題，設計了基于纖維增強復合材料的熱隱身結構；然后，為了快速、準確地分析周期性大變形復合材料可調力學和

3、電磁性質并研究其可調節(jié)性質的范圍，本文基于商業(yè)軟件實現(xiàn)了周期性材料幾何非線性多尺度分析方法。最后，基于材料微觀結構變形控制的方法分析了產(chǎn)生均勻變形的材料其等效彈性性質及等效電磁性質的可調性及可調范圍。主要研究內容和成果如下。
　　1）特定溫度場調控材料設計。根據(jù)熱隱身結構所要求的材料性質的空間分布，研究調控溫度場實現(xiàn)隱身的材料設計問題，提出了基于纖維增強復合材料圓環(huán)結構的實現(xiàn)熱隱身調控的結構形式。選擇金屬銀作為纖維、空氣作為基體材

4、料（即多孔材料結構形式），給出了具有熱隱身性能的復合材料設計方案，實現(xiàn)了特定溫度場調控的熱隱身材料設計；
　　2）基于商業(yè)軟件的周期性彈性大變形材料性質多尺度分析方法的實現(xiàn)技術?；跐u近均勻化方法的思想，通過商業(yè)軟件ANSYS實現(xiàn)了周期性材料幾何非線性大變形分析及在給定宏觀應變下的材料等效彈性模量計算。將周期性材料彈性大變形問題轉化為一系列線性宏觀問題進行分析，提高了求解效率；編寫基于幾何非線性問題更新拉格朗日求解格式的彈性大變形

5、多尺度分析方法的APDL程序，準確快速地計算了每個應變增量步下的材料等效彈性模量及微結構變形情況，為求解給定形式微結構的變形及材料等效力學性質提供了有效工具；
　　3）基于變形控制的可調彈性模量材料性能分析。在給定材料微結構構型的基礎上，通過數(shù)值算例分析材料在不同形式的預應變條件下，即單向預應變與雙向預應變條件下微結構構型的轉換及材料等效彈性模量隨微結構構型的變化規(guī)律，分析可調彈性模量材料可調節(jié)性能的變化范圍。
　　4）基于